Инфракрасный датчик: что это такое и как работает, сравнение с микроволновым

Инфракрасный датчик: устройство и конструкция, технические характеристики и схема подключения. Принцип действия и достоинства с недостатками, сфера применения и особенности выбора.

Принцип работы устройства

ИК датчики движения обычно используют в системах освещения

Любой объект, температура которого не ниже температуры воздуха, излучает тепло. Задача инфракрасного датчика – выделить его на общем тепловом фоне и при перемещении в заданной зоне подать сигнал.

Человек – тепловой объект достаточно «горячий» по сравнению со стенами квартиры или дома, землей или деревьями. Это и позволяет сенсору выделить его на общем фоне. Это же приводит к сбоям в работе сигнализации, если тепловой фон в здании сильно повышен.

Когда тепловой объект подходящего размера и температуры пересекает обслуживаемый сектор, измеритель регистрирует движение. Затем датчик подает сигнал на блок управления. В зависимости от того, для чего предназначен рабочий прибор с датчиком, управляющий модуль включает свет, активирует охранную сигнализацию и прочее.

Зона работы регистратора ограничена. Радиус обнаружения должен дотягиваться до всех углов помещения либо до конца зоны в саду. Если это не так, монтируют 2 или больше измерителей. Если устройство подает сигнал на блок включения света, радиус может быть меньше.

Как выглядит и где используется

Рабочая пластина датчика состоит из кристаллических веществ, которые имеют свойство при попадании света на них поляризоваться. И от того насколько изменится интенсивность излучения зависит изменение и поляризации, а как следствие это вызывает изменение напряжения в электрическом поле кристаллического элемента. Следовательно, если измерить разность потенциалов на разных точках кристаллической пластины можно узнать и величину излучения.

PIR датчик

Это основной физический принцип, по которому работают датчики присутствия, с центральным пироэлектрическим элементом. Он помещается в герметичный или пластиковый корпус.

Такие детекторы движения с успехом применяются:

  • в промышленных системах охранной сигнализации;
  • управление освещением в квартирах или офисных помещениях. Часто эти детекторы помогают автоматизировать процесс освещения;
  • в системах «Умный дом».

Прибор может зафиксировать движение — электрическая цепь замкнется и включится освещение. Также он сработает и в обратную сторону — если людей в помещении уже нет, то нет и движения, соответственно цепь размыкается и свет гаснет.

схема

Схема PIR датчика

Схема PIR датчика

плата рисунок пассивных инфракрасных датчиков-детекторов движения

электрическая схема пассивных инфракрасных датчиков движения

   Данная схема основана на микросхеме HT7610A, которая как раз и предназначена для использования в автоматических PIR-лампах или сигнализациях. Он может работать в 3-х проводной конфигурации для передачи сигнала. В данном проекте использовано реле вместо тиристора, как это часто делается, для подключения любого рода нагрузки. Внутри микросхемы есть операционный усилитель, компаратор, таймер, детектор перехода через ноль, схема управления, регулятор напряжения, генератор и выход синхронизации генератора.

PIR ДАТЧИК внешний

   PIR датчик обнаруживает инфракрасный изменённый сигнал, вызванный движением человеческого тела и преобразует его в колебания напряжения. Схеме не требуется понижающий трансформатор и она может работать непосредственно от 220V. Балластный конденсатор С7 должен быть на 0.33uF/275V, а лучше на 400V.

Как срабатывает устройство и принцип его действия

Конструктивно ИК-датчик состоит из пироприемников, которые фиксируют наличие инфракрасного излучения, и мильтилинзы.

Внутри корпуса прибора расположены пироприемники, а сверху они накрыты из пластиковым колпаком состоящего из множества мелких линз.

Принцип работы ДД

Чтобы разобраться, как этот элемент работает, нам поможет схема ИК детектора:

схема ИК детектора

В работе устройства, которое фиксирует движение человека, принимают участие три элемента:

  • оптическая мультилинза;
  • пироприёмник;
  • электронная схема для обработки поступающего сигнала.

Основные характеристики

pir датчик движения

Главные рабочие показатели, которые должен учитывать потребитель, касаются радиусов действия устройства и способностей к автономной работе. Что касается параметров по диапазонам охвата, то контролируемая зона, как правило, составляет 6-7 м. Этого достаточно, если дело касается охраны частного дома и тем более квартиры. В некоторых моделях предусматривается и функция микрофона – в этой части также важно определить радиус действия, который может достигать и 10 м. Вместе с этим PIR-датчик может иметь прямое или автономное энергоснабжение. Если планируется организация охранной системы, то лучше приобретать модели со встроенными аккумуляторами, которые не требуют проводки. Далее определяется время, на протяжении которого устройство сможет поддерживать свою функцию без дозарядки. Современные модели не требуют большого энергетического обеспечения, поэтому в пассивном состоянии могут работать порядка 15-20 дней.

Пироприёмник

Задача пироприемника уловить изменение фокусировки и передать сигнал в блок обработки.

Пироприёмник

Схема подключения

Датчики инфракрасного излучения подключается просто – нужно организовать лишь включение и выключение цепи. Подсоединение устройства к подсветке или контуру безопасности происходит по одинаковому принципу.

Схема подключения есть в инструкции к любому прибору:

  • Ток приходит на ИК-датчик от сети по нулевому и фазному проводу. Чтобы подключить устройство к электролампочке, фазный провод подсоединяют к одному из выводов осветительного прибора. Второй вывод крепят к нулевому кабелю.
  • Кабели от устройств подключают к распределительному щитку: 2 провода от светильника, 2 от сети питания и 3 от ИК-регистратора. Фазу питающего провода соединяют с фазным кабелем датчика, а нулевой провод от питания и нулевой кабель от датчика – к нулевому от светильника.
  • Фазный кабель от ИК-датчика соединяют с проводом от светильника. Все кабели окрашены в соответствующие цвета, что облегчает соединение.

Если некоторое время освещение должно поддерживаться независимо от движения человека, в схему включают также выключатель параллельно ИК-устройству.

Сфера применения инфракрасного датчика

Сфера применения

Регистраторы движения используют для организации систем освещения и охраны. Монтаж допускается как внутри постройки, так и снаружи:

  • в офисных, публичных и частных зданиях;
  • на лестничных клетках многоквартирных домов и в подъездах;
  • в помещениях любого типа;
  • на складах;
  • на любой охраняемой территории с ограниченной площадью.

Приборы, предназначенные для работы в тяжелых погодных условиях, оснащаются дополнительными защитными устройствами.

Разновидности

Приборов автоматического определения присутствия существует достаточно много, и разделяются они по таким признакам как:

  1. Где он устанавливается:
    • на улице;
    • в комнате;
    • настенные;
    • на потолках.
  2. Способ монтажа:
    • накладного типа;
    • встроенные.
  3. Тип подключения:
    • проводной;
    • беспроводной;
    • автономный.
  4. Тип чувствительного элемента:
    • инфракрасный;
    • ультразвуковой;
    • микроволновый;
    • мультисенсорный.
  5. 5.     По сложности исполнения:
    • однокомпонентный;
    • 2-х компонентный;
    • 3-х компонентный;
    • дизайнерского исполнения.

Если возникла необходимость установки ДД, главное условие — зоны действия датчиков должны быть расположены таким образом, чтобы перекрывать всю охраняемую площадь, избегая «мертвых» зон.

Напомним, временные задержки детектора можно настроить таким образом, чтобы не было как пропусков, так и ложных срабатываний.

видимость датчика

КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ ДВИЖЕНИЯ

Комбинированный датчик движения

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ДАТЧИКОВ ДВИЖЕНИЯ

Комбинированные датчики движения совмещают в себе сразу несколько технологий обнаружения движений, например, инфракрасный датчик и микроволновой. Это наиболее удачное решение если требуется наиболее точное определение перемещений в зоне действия датчика. Несколько параллельно работающих каналов обнаружения движений, делают работу такого датчика максимально продуктивной, ведь они дополняют друг друга, замещая недостатки одних технологий – достоинствами других.

Подключение датчика

pir датчик arduino

Устройство необходимо подключить к основному реле контроллера и системе энергоснабжения. На типовом аппарате предусматривается плата с клеммами, предназначенными для источника питания. Чаще всего используется источник с напряжением 9-14 В, а ток потребления может составлять 12-20 мА. Обычно производители указывают электротехнические характеристики посредством маркировки клемм. Соединение осуществляется по одной из стандартных схем с учетом особенностей эксплуатации конкретной модели. В некоторых модификациях возможно подключение PIR-датчика без проводки, то есть напрямую к сети. Это в некотором роде комбинированные конструкции, которые устанавливаются на открытых местах и управляют теми же системами освещения. В случае установки охранного сенсора такой вариант вряд ли будет уместен.

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.

Защита от проникновения

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 света

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.

Автоматизация климата

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.

С этим читают

Методы повышения эффективности работы

идеальная расстановка для работы детектора

Чтобы улучшить средние показатели датчика движения на инфракрасной основе — необходимо освободить ему от лишних препятствий сенсорное поле. Среди которых могут быть различные колонны, перегородки, шкафы, стулья, тумбочки, висящие с потолка конструкции или занавеси. Установку детектора нужно производить согласно его возможностей по охвату территории, совмещая работу нескольких из них, для увеличения контролируемой площади. Важна и температура воздуха. Чтобы пиросенсор «увидел» тепло необходима определенная разница нагрева между объектом, за которым ведется наблюдение и окружающим пространством. То есть, в сильно натопленных помещения и детектор будет работать хуже.

Нюансы эксплуатации

Сразу после монтажа и подключения следует задать устройству оптимальные параметры функционирования. Например, регулировке поддается сила чувствительности, диапазон охвата излучения и т. д. В новейших программируемых модификациях допускается и возможность автоматической коррекции параметров работы датчика в зависимости от условий эксплуатации. Так, если подключить PIR-датчик к центральному контроллеру, связанному с терморегуляторами, то чувствительный элемент сможет варьировать границы критических показателей излучения на основе получаемых данных о температуре.

подключение pir датчика

Достоинства и недостатки PIR датчика

Чем хорош PIR датчик, так это:

  • незамысловатостью устройства;
  • невысокой стоимостью;
  • износоустойчивостью;
  • экономичностью;
  • небольшими габаритами и малым весом.

PIR датчик

Недостатки:

  • ограниченный радиус действия;
  • низкие уличные температуры нарушают работу датчика,

Достоинства и недостатки инфракрасного датчика движения

ДД экономит электричество, так как свет включается только в присутствии людей

Популярность ИК-моделей обусловлена их преимуществами:

  • устройство работает как внутри здания, так и снаружи;
  • угол наблюдения и дальность можно довольно точно регулировать;
  • ИК-датчик, особенно пассивного типа, безопасен для здоровья, работа системы охраны не пугает домашних животных;
  • низкая стоимость;
  • обширный ассортимент: выпускаются приборы в напольном и настенном исполнении, аналоговые, цифровые, и прочее.

Главные недостатки:

  • при попадании прямых солнечных лучей чувствительность падает – при выборе места установки это надо учитывать;
  • при близком размещении кондиционера или обогревателя возникают существенные помехи;
  • стекло блокирует прохождение сигнала, так появляются слепые зоны, которыми может воспользоваться злоумышленник;
  • синдром паутинки – опутанный паутиной датчик срабатывает постоянно.

Единственный датчик движения не гарантирует безопасность помещения. Однако в качестве элемента системы защиты ИК-устройства незаменимы. Для загородного дома или квартиры такие устройства предпочтительнее.

Датчик в системе «Ардуино»

Комплекс «Ардуино» является одной из самых популярных систем управления домашней автоматикой. Это контроллер, к которому подключаются источники освещения, системы мультимедиа, отопительные приборы и другая бытовая техника. Датчики в этом комплексе не являются конечными функциональными устройствами – они лишь выполняют роль индикаторов, в зависимости от состояния которых центральный блок с микропроцессором принимает то или иное решение в соответствии с заложенным алгоритмом. Подключается PIR-датчик «Ардуино» через три канала, среди которых выходной цифровой сигнал, а также линии питания с разной полярностью – GND и VCC.

Настройка работы

Перед использованием PIR датчика, его, как всякий прибор, необходимо настроить. Для этого он обладает тремя опциями настроек:

  • освещённость;
  • чувствительность;
  • время задержки.

настройки

Освещённость

Для того чтобы  прибор не включал свет днём, поздним утром и с началом сумерек, можно выполнить более тонкую регулировку по параметру «LUX».

Последовательность действий:

  1. Вывернуть регулятор на максимум.
  2. Как только наступил желаемый уровень темноты, медленно поворачивать регулятор в обратную сторону, до тех пор, пока датчик не сработает и включится свет в помещении.

Теперь прибор будет включаться именно в тот момент, когда свет в помещении будет более востребован.

Чувствительность

Регулировка чувствительности исключает реакцию датчика на появление в поле его «зрения» мелких домашних животных.

Настройка прибора выполняется винтом «Sens» опытным путем:

  1. На первом этапе выставляем максимальную чувствительность.
  2. Теперь проверяем, будет ли прибор работать на требуемом расстоянии, уменьшая уровень пока он перестанет реагировать на человека.
  3. Проверяем, какая реакция на мелких животных.
  4. Осталось зафиксировать тот порог чувствительности, который вас устроит.

Правильная регулировка состоит в том, чтобы датчик зафиксировал движение человека на границе приемлемой освещенности.

датчик движения

Время задержки

Время задержки — параметр, по которому видно, какое время после срабатывания датчик «увидит», что движения больше нет. Временной интервал регулируется в границах от 5 секунд до 10 минут.

Регулировка выполняется регулятором с надписью «Time»:

  1. Выкручиваем регулятор до минимального значения.
  2. Начать движение в поле работы датчика.
  3. Засекаем время срабатывания
  4. Эмпирическим путем выставляется нужное время срабатывания.
  5. Нужные параметры сохраняются.

Что дает временная задержка?

Представьте, что человек поднялся на пятый этаж: ему нужно отдышаться, найти ключи, открыть дверь. И свет должен гореть. То есть параметр задержки должен быть максимальным.

Другое дело если датчик установлен в квартирном коридоре. Тут можно выставить минимальную задержку порядка 3–5 секунд.

Вообще индикаторы движения могут быть установлены в различных местах. Наиболее актуальны эти приборы в местах где часто собираются люди. Например, в офисах и конторах такая задержка по времени включения/выключения должна быть максимально допустимой. И наоборот в малопосещаемых местах задержку включения можно установить на самый минимум.

Сколько стоит устройство?

По сравнению с ценниками современной сигнализационной аппаратуры, сенсор выглядит весьма привлекательно. Всего за 1,5-2 тыс. р. можно приобрести качественную модель и даже с расширенной комплектацией. В среднем же простой PIR-датчик оценивается в сумму, не превышающую 1 тыс. Другое дело, что о надежности и долговечности в данном случае речи не идет. При этом не стоит думать, что этот компонент обойдется недорого в составе комплексной охранной системы. Даже обеспечение безопасности небольшого частного дома может потребовать использование десятка таких датчиков, для каждого из которых также понадобится и вспомогательная оснастка под монтаж и подключение.

Вариант PIR датчика с GSM-модулем

Зачастую именно ПИР датчик — это та последняя преграда, которую злоумышленник обойти не может. Если проводные системы еще легко заметны, то беспроводные комплексы повышают уровень охранных систем за счет своей автономности, тем самым снижая ее уязвимость. Датчик движения с GSM модулем, безусловно, простое, но эффективное средство защиты своего имущества.

Работа данного прибора аналогична типичным ПИР датчикам. Но в данном случае при обнаружении в охраняемой зоне какого-либо движения девайс отправляет СМС-сообщение по заданному владельцем номеру и параллельно включает встроенный микрофон, чтобы была возможность прослушать, что происходит в помещении в данный момент.

Включить/выключить девайс можно удаленно отправив SMS-команду на сим-карту датчика.

сим-карта датчика

Автономность устройства обеспечивается за счет встроенного пятивольтового аккумулятора, которого хватает на 15–20 дней автономной работы. Встроенный микрофон улавливает звук на расстоянии до 10 метров.

Зона видимости ДД — 5–8 метров при угле обзора в 90°.

Место размещения полноразмерной SIM-карты:

Место размещения полноразмерной SIM-карты

Есть собственный USB-разъем типа UC-E6, который служит для подключения внешнего источника питания на 5 вольт.

USB-разъем

Чтобы сохранить номер хозяина датчика в его памяти, достаточно позвонить на номер сим-карты устройства. Всё! Только один номер в памяти и никаких белых или черных списков. Может ли злоумышленник позвонить на этот номер и снять датчик охраны? Да, конечно может. Но тогда это должен быть очень близкий и хорошо знакомый хозяину датчика человек.

Для постановки в режим охраны посылается СМС — сообщение с текстом: «1111».
Для снятия с режима охраны  отправляется сообщение с текстом: «0000».

Дополнительных настроек у девайса нет.

Зона сработки датчика небольшая и вероятное место установки ПИР датчика прямо напротив входной двери на расстоянии не больше трех метров.

Можно применить этот датчик непосредственно в автомобиле. Таким образом, появляется возможность отследить местонахождение машины в данный момент времени, если подключить услугу «Местонахождение абонента».

комплект

Такой беспроводной сенсор с GSM можно применять как дополнение к уже существующим охранным системам, которые уже есть на объекте и как самостоятельное средство защиты.

Основное преимущество девайса — его автономность. Это обстоятельство дает возможность поставить на охрану те объекты, на которых может отключаться электричество:

  • дачи;
  • гаражи;
  • складские помещения.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...