Инфракрасный датчик движения

Оглавление статьи: Инфракрасный датчик движения
Содержание

Современные системы безопасности строятся на комплексе охранных устройств, главная работа которых — определение проникновения нарушителя на контролируемую территорию, и подача оповещающих об этом факте сигналом. То есть они работают в качестве своеобразного сторожевого пса. Последний, для выявления чужого на вверенной ему территории использует свои органы чувств: нюх, зрение и слух. В случае электронной аппаратуры, ближайший их аналог — датчики. Факторы, влияющие на их активацию различны. Существуют контактные системы определения проникновения, среди которых щупы, измеряющие вибрацию, фоторезисторы, контролирующие пересечение невидимых глазу лучей света, сенсоры звука и множество других видов чувствительных устройств.

Датчик движения инфракрасный

Используются детекторы не только для сторожевых и охранных систем. У них множество применений, облегчающих жизнь человека и обеспечивающих его безопасность. Сюда относятся системы пожарной охраны, автоматические включатели освещения по движению или голосовой команде, различные виды индикаторов, показывающих внешние условия. В качестве последних, примером служат фоторезисторы, встроенные в фотоаппараты. Они определяют текущую освещенность снимаемого пространства и точное расстояние до объектов. Соответственно от их показаний автоматически настраивается фотографическое оборудование — его выдержка и глубина фокуса.

пожарный инфракрасный датчик

Из всего многообразия сенсоров, наибольший интерес вызывают датчики движения. Физическая основа их действия, как и для прочих видов детекторов, различна. Самые «умные» определяют человека по визуальному цифровому профилю движения, относительно простые — по перемещению теплового пятна. Вот о последних и будет вестись разговор в статье.

Область применения

датчик движения для контроля освещения

Вскользь, ранее было упомянуты виды применения датчиков движения. Нужно вернутся к этому вопросу и рассмотреть их подробнее.

Охрана

Конечно, одной из главных ниш применения, остаются охранные системы. Только в возможностях датчиков движения застать нарушителя, который обошел все остальные сенсоры безопасности. В сущности, тем или иным способом, можно отключить любой из них, выполнив действия на которые он не среагирует. Хорошим примером послужит датчик разрыва, устанавливаемый на стекло. С одной стороны, если повредится поверхность, которую он контролирует — произойдет срабатывание. Но, если посмотреть на вопрос с другого ракурса — нарушитель может войти через дверь, не ломая стекло, или попросту откроет форточку. Сенсор не «поймет», что произошло проникновение. Вот в этих случаях свое «слово» и говорят системы определения движения в контролируемом пространстве.

Пожарная сигнализация

работа автоматической системы пожаротушения

Как ни странно, для определения начала пожара также используются датчики движения. Они «видят» пламя по его изменениям, происходящим во время горения. В отличие от детекторов дыма здесь не обязательно даже возникновение угарного газа в воздухе и поступление его на контактные поверхности. Сигнал в любом случае сработает.

Особенно хороши в таких ситуациях ик датчики движения, — они видят пламя даже сквозь препятствия, по его тепловому контуру.

Свет

Автоматическое зажигание света, когда он нужен, а вокруг темно или заняты руки — наверное, одна из самых интересных ниш использования детекторов движения. Достаточно представить насколько облегчается жизнь, когда ночью, в темноте, нужно куда-либо пройти. Сенсор определит перемещение и включит большое или маленькое освещение. То же самое касается уличных светильников — их постоянная работа не выгодна, а вот активация в те моменты, когда кто-то подошел к двери, нужна. Для коммунальных служб датчик движения — находка. Установив его в подъезд дома или подсобные помещения можно добиться включения ламп только в те моменты, когда это действительно важно. В остальное время они погашены, экономя весьма недешевое электричество.

освещение лестничной площадки с использованием датчика движения

Владельцы складских помещений также не откажутся от использования такой техники, как, впрочем, и любой человек в быту. Есть много различных мест, в квартире или организации, для которых постоянное освещение не нужно. Но оно важно в те моменты, когда входят люди. Туалеты, ванные комнаты, кладовки, технические помещения, гаражи — везде найдется применение сенсору движения, подключенного к лампам.

Кроме того, для контроля освещения можно использовать pir датчик движения в роли бесконтактного выключателя, настроив его чувствительность на минимум, чтобы он определял только близко расположенные объекты.

Климат контроль

Используя датчики движения можно сильно сэкономить на газе или электричестве применяемых в целях питания систем отопления помещений. Все равно, пока человек на работе или отсутствует, обогрев не нужен. Достаточно только поддерживать минимальную температуру, чтобы не происходило замерзания воды. Вот тут, как раз и пригодится датчик движения. По приходу хозяев он увеличит или включит поступление тепла, прогревая тем самым помещение.

датчик движения для отопительной системы

Кроме того, можно использовать сенсор движения в тамбуре квартиры или дома. При входе в него человека он будет обдуваться сильным потоком теплого воздуха. Казалось бы, ненужная мелочь, но это не так. Трудно себе представить, насколько хорошо становится, когда заходишь с мороза домой, а тебя прогревают таким образом.

Принцип действия

Существует много детекторов движения, действующих по различным физическим принципам. Рассматриваться же будет только один из них — инфракрасный. Функционирование пироприемника (теплового сенсора) построено на взаимосвязи двух чувствительных полупроводниковых элементов. Когда в поле зрения одного попадает движущийся источник тепла, потом покидает его и возникает на другом — датчик подает сигнал срабатывания. Чтобы увеличить охват площади действия, а не воспринимать только объекты, непосредственно находящиеся возле сенсора, в устройствах, определяющих движение, используется специальная поляризационная линза, размещенная перед самим чувствительным элементом.

схема работы пироприемника

Выпускаются как пассивные, так и активные инфракрасные детекторы. Первые воспринимают внутренне тепло движущегося объекта, вторые оснащены специальной подсветкой рабочей области и улавливают отраженные невидимые лучи спектра.

Оптическая система

Наиважнейшей частью датчика движения служит передняя выгнутая полупрозрачная поверхность. Она имеет секторную структуру, каждый элемент которой представляет собой линзу, созданную по подобию бипризмы Френеля. Тепловые сигналы, проходя через нее, собираются в одну точку на пироприемнике, причем каждый из лучей попадает на свой чувствительный элемент. Таких линз — секторов на полупрозрачном стекле прибора много, а его выгиб приводит к направлению излучения от них всех на один пироприемник. Соответственно расширяется и угол охвата детектируемого поля.

общая оптическая система захвата инфракрасных потоков

Электрическая схема для сборки своими руками

Конечно, может показаться, что электронная схема датчика движения слишком сложна для самостоятельного повторения. Это не так, если использовать отдельные модули, в целях создания своего собственного устройства для обнаружения перемещения объектов. За основу приведенных примеров, взят детектор тепла HC-SR501, приобрести который можно или в магазине радиодеталей, или заказать доставку его на специализированных сайтах.

Настройка и выходы устройства

Прежде чем собирать общую конструкцию датчика движения, необходимо настроить сам HC-SR501, что делается органами управления, расположенными на его боковой стороне.

расположение сигнальных площадок и органов управления

Два потенциометра на плате устанавливают:

 

  • SENSITIVITY — указывает на расстояние обнаружения от 3 до 7 метров, то есть устанавливает чувствительность прибора.
  • TIME — длительность периода, когда на выходе OUT будет держаться сигнал HIGH при обнаружении движения.  Значение задается в пределах от 3 секунд до 5 минут.

Перемычка выбирает один из двух режимов работы сенсора:

  • L — сенсор будет давать высокий уровень сигнала при обнаружении движения на выход OUT, ровно то время, которое установлено потенциометром TIME.
  • H — детектор извещает о перемещении в пределах его сферы действия, только пока оно происходит.
  • Что касается служебных контактов, — они обозначены на плате, как: GND — земля, VCC — питание от +4.5 В до +20 В, OUT — сигнальный выход.

Сразу обратим внимание на начало работы детектора. Ему после включения требуется некоторое время, обычно до минуты, на внутреннюю калибровку и подготовку к функционированию. Кроме того, между моментами обнаружения движения должно пройти не менее 6 секунд. Все эти периоды датчик не работает.

внешний вид HC-SR501

Наиболее простая схема

Теперь рассмотрим схему простого датчика движения. Для усиления сигнала от сенсора используется любой NPN биполярный транзистор. Он активирует релейный модуль, который зажигает лампу. То есть, когда датчик определит движение в своем сенсорном пространстве, он включит свет.

простая схема датчика движения

Вот другой вариант конструкции, без использования релейного модуля и с защитой транзистора.

второй вариант простой схемы

С использованием Arduino

В том случае, если нужно получить больше функций от инфракрасного датчика движения, достаточно оснастить приведенную схему контроллером, в роли которого может выступить ардуино. Мощности такого микрокомпьютера хватит для миллиона применений, вплоть до интеграции системы в комплекс устройств «умный дом».

схема с Arduino UNO

Резисторы ограничивают течение тока на диоды, их номинал — 0.125 W, 320 Om. Сами же световые сигнализаторы предназначены для индикации текущего статуса детектора. Зеленый включается на заданное в скетче время при обнаружении движения, потом гаснет. Вместо него, можно использовать реле, с целью активации мощного оборудования. Желтый показывает готовность устройства, красный — инициализацию или сброс. Для настройки схемы необходимо переключатель на плате детектора переставить в режим «L», а время работы задать минимальным. Конечно же, для функционирования самого Arduino необходим скетч, представленный ниже.

#DEFINE LONG_TIME 60000 // минута
#DEFINE FAST_TIME 6000 // 6 сек
/* настройки контактных групп */
int LED_GO = 13;                 // Светодиод зеленый
int LED_READY = 12;              // -//- желтый
int LED_WAITING = 11;            // -//-  красный
int DETECTOR_CONN = 7;           // на этой линии живет датчик
int ALERT_FLAG = 0;              // Меняет значение при срабатывании датчика
int DETECTOR_TMP;                // Временная сохранялка состояния датчика
/* Инициализация сенсора */
void Init_Detector(int PAUSE_OF_INIT){
digitalWrite(LED_GO, LOW);
digitalWrite(LED_READY, LOW);
digitalWrite(LED_WAITING, HIGH);
delay(PAUSE_OF_INIT);
digitalWrite(LED_READY, HIGH);
digitalWrite(LED_WAITING, LOW);
}
/* открытие портов на вывод и ввод в зависимости от оборудования */
void setup() {
pinMode(LED_GO, OUTPUT);
pinMode(LED_READY, OUTPUT);
pinMode(LED_WAITING, OUTPUT);
pinMode(DETECTOR_CONN, INPUT);
Init_Detector(LONG_TIME);
}
void loop() {
DETECTOR_TMP = digitalRead(DETECTOR_CONN);
if (DETECTOR_TMP == 1) {
digitalWrite(LED_GO, HIGH);
ALERT_FLAG = 1;
delay(FAST_TIME);
}
else {
digitalWrite(LED_GO, LOW);
}
/* 6 секундная пауза для сброса датчика */
if (ALERT_FLAG == 1) {
Init_Detector(FAST_TIME);
ALERT_FLAG = 0;
}
}

в полусобранном виде

Подключение выпускаемых промышленностью датчиков движения в сборе

Выпускаемые промышленностью пир датчики движения подключаются к сигнальным устройствам посредством двух или трех контактов. Первые характерны наличием внутреннего питания от аккумулятора или батареи, вторые функционируют от подачи стороннего тока. У обоих типов есть регуляторы времени работы после определения движущегося теплового объекта и чувствительности измерений, от которых непосредственно зависит контролируемое расстояние.

Двухпроводные

двухпроводное соединение

Инфракрасный датчики движения такого типа подключается в разрыв линии тока включения сигнального устройства.

Трехпроводные

Для питания ик датчика движения применяется дополнительный провод с подачей напряжения. Соответственно изменится и его подключение к управляемому оборудованию. В основном используются три варианта схемы, которые можно еще и комбинировать между собой.

трехпроводные соединения

Необходимость последней может возникнуть, для случаев, когда требуется периодический контроль работы. Скажем, в светлое время суток, использование ламп бессмысленно.

Настройка

Как и в самодельных устройствах, промышленные варианты детекторов оснащены регуляторами чувствительности и времени подачи сигнала срабатывания. Они могут быть представлены потенциометрами с вырезами под плоскую отвертку, или маленькими поворотными рукоятками сбоку или сзади корпуса прибора.

Преимущества и недостатки инфракрасных датчиков

Принцип функционирования ик детектора дает ему преимущества в одних областях использования и служит минусом в других. К примеру, применение датчика движения, основанного на регистрации тепловых контуров, дает хорошие результаты в системах пожарной безопасности и автоматического контроля освещения. Также зарекомендовали себя пиросенсоры при использовании их в качестве бесконтактных выключателей или частей комплексов экономии тепла. А вот в охранных функциях, датчики такого типа, лучше не применять. Их слишком легко обойти нарушителю, одевшему не пропускающее тепло снаряжение.

костюм тепловой защиты

Основной минус инфракрасных детекторов — малая контролируемая зона. Кроме того, датчики движения, построенные по принципу улавливания тепла, зачастую ошибаются, принимая за людей домашних животных, у которых нормальная температура тела выше человеческой. Или же игнорируя факт присутствия в сенсорном поле слишком холодного объекта. Примером тут может служить, когда кто-то заходит с улицы. Он сам остыл, одежда на нем ледяная — детектор его попросту не увидит. То же эффект получается если применять тепловой сенсор в качестве автоматического включателя для наружного освещения. Тут есть и обратное действие — в жару будут случайные срабатывания на нагретый движущийся транспорт.

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.

Комплексное применение

Наилучшим методом повышения чувствительности тепловых детекторов движения будет использование их в комплексе с аналогичными, но работающими на других физических принципах:

разновидности сенсоров определяющих перемещение объектов

  • Улавливающие оптические волны (изменение освещения).
  • Звуковые — во время перемещения все объекты производят слышимые ухом колебания воздуха.
  • Эхолоцирующие — это когда оборудование создает направленный волновой импульс (невидимый глазами людей) и принимает отраженный от объектов сигнал на сенсоры. По его изменению и делается вывод о перемещениях чего-либо в контролируемом поле.

У каждого из перечисленных детекторов есть плюсы и минусы, зависящие от их методов обнаружения. Но, работая в комплексе, они создают для общей системы практически полную гамму чувств по определению перемещений в сенсорном поле. Грубо говоря, она могут видеть, слышать и ощущать движения человека.

Видео по теме

Хорошая реклама

 

Добавить комментарий Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *