Automatické spínače osvětlení s infračervenými a akustickými senzory

Moderní elementární základna elektroniky vám umožňuje vytvářet zařízení jednoduchá v obvodech, ale s poměrně širokou škálou funkcí. Dříve byla taková zařízení k dispozici pouze pro použití ve složitých a nákladných profesionálních systémech a nyní jejich použití činí náš každodenní život pohodlnějším a snadnějším.

Tento článek bude hovořit o používání spotřebičů infračervené senzory. Jakmile se tyto senzory používaly hlavně v bezpečnostních systémech, nikdo není překvapen dveřmi, které se otevírají před každou příchozí osobou nebo automatickým začleněním osvětlení do vchodu. A to vše infračervené senzory! Často se nazývají pyroelektrické senzory.

Pyroelektrický senzor. Zařízení a princip činnosti

Pyroelektrické senzory jsou v zásadě pasivní. To znamená, že negenerují žádné elektromagnetické signály, ale prostě jsou infračervený přijímačProto je pro člověka absolutně neškodný.

Každá položka je infračervený zdroja lidské tělo v tomto smyslu není výjimkou. Pyroelektrické senzory jsou konstruovány tak, aby nereagovaly na samotné infračervené záření, jeho absolutní hodnotu, ale spíše na jeho změnu. Proto i takovýto senzor detekuje například malý pohyb objektu, například člověka.

Jako příklad lze uvést pyroelektrický senzor IRA-E710 od firmy Murata. Jeho zařízení je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1. pyroelektrické snímací zařízení IRA-E710

Základem pyroelektrického senzoru je infračervená citlivá fotobuňka, která produkuje elektrický signál úměrný množství záření. K přiřazení fotobuňky k obvodu a počátečnímu zesílení signálu se používá tranzistor s efektem pole.

Pokud je senzor postaven pouze na jedné fotobuňce, spustí se nejen z pohybujících se objektů, ale také jednoduše z vnější teploty, slunečního záření, z radiátorů a teplotních změn samotného senzoru nebo jeho těla.

Jinými slovy, odolnost takového senzoru vůči šumu je příliš nízká. Abychom to zvýšili, jsou pyroelektrické senzory vyráběny na základě dvou fotobuněk obsažených v opačném směru, jak je znázorněno na obrázku, což vám umožňuje kompenzovat právě uvedené faktory.

Takový senzor reaguje pouze na změny velikosti záření, což umožňuje jeho použití jako detektor pohybu. Ještě větší spolehlivost při provozu senzoru zajišťuje světelný filtr vyladěný na vlnovou délku 5-14 mikronů. Takové záření je nejcharakterističtější pro lidské tělo.

Člověk by si však neměl myslet, že senzor zachycuje pouze pohyb vyhřívaných předmětů. V místnosti je vždy určité infračervené pozadí, takže pohyb jakéhokoli objektu, i při okolní teplotě, způsobí změnu v obecném pozadí a spuštění senzoru.

Nevýhody popsaného senzoru zahrnují skutečnost, že je citlivý pouze na příčné pohyby, to znamená z jedné fotobuňky do druhé. Při pohybu po povrchu obou fotobuněk nebude signál generován. Proto by při instalaci takových senzorů měly být orientovány odpovídajícím způsobem, jak bude diskutováno výše.

Aby se zbavili takového škodlivého účinku ve zvláště kritických případech, jsou vyvíjeny a aplikovány. senzory založené na čtyřech fotobuněk. Je pravda, že senzory tohoto typu jsou složitější a nákladnější, což také komplikuje schéma jejich připojení a ovládání.

Senzory jsou k dispozici pro běžnou montáž a montáž na povrch (SMD). Jejich vzhled je znázorněn na obrázku 2.

Obrázek 2. Senzory IRA-E710. Vzhled

Použití pohybových senzorů

Původně snímače pohybu zamýšlel vytvořit poplašné systémy proti vloupání. S vývojem základny prvků se pyroelektrické senzory staly mnohem levnějšími a dostupnějšími, což jim umožnilo použití pro domácí účely.

Je to především automatické začlenění osvětlení, otevírání dveří, stejně jako správa video monitorovacích systémů. Taková automatizace vám umožní ušetřit značné množství elektřiny nebo tepla v místnosti. Při použití ve video monitorovacích systémech je na pevných discích počítače, který řídí činnost videosystému, ušetřeno místo.

Algoritmus automatického vypínače světla

Když se světlo automaticky zapne, například u vchodu, když se v zorném poli zařízení objeví osoba, mělo by se osvětlení po nějaké době zapnout a zhasnout. Když je osoba v zorném poli zařízení, nemělo by se zhasínat osvětlení, zvyšuje se rychlost závěrky. Za denního světla by nemělo dojít k automatickému začlenění světla.

Reflektory s pohybovým senzorem určené pro venkovní instalaci také fungují přesně: osvětlení bran a dvora v blízkosti domu, schodiště u vchodu do obchodu a v jiných případech. Takové reflektory jsou k dispozici ve spojení se snímačem pohybu nebo může být snímač pohybu oddělený.

Jeden z obvody automatického řízení osvětlení znázorněno na obrázku 3.

Obrázek 3. Schéma řízení osvětlení ze snímače pohybu (kliknutím na obrázek zobrazíte schéma ve větším formátu)

Popis obvodu

Jako přijímač infračerveného záření v použitém obvodu pyroelektrický senzor PIR1. Před jeho fotobuňkami je instalována modulační mřížka úzkých neprůhledných a průhledných pruhů, která je umístěna vodorovně. Ukazuje se tedy, že u fotodetektoru je objekt pohybující se přes pásma modulační mřížky buď otevřený nebo uzavřený, což způsobuje vznik střídavého napětí na výstupu ze senzoru.

Výše uvedené je znázorněno na obrázku 4, který ukazuje správné umístění senzoru. Velikost objektu detekovaného zařízením je určena šířkou pásma modulační mřížky. Změnou šířky pásma můžete upravit citlivost zařízení jako celku. Šířku rozsahu zařízení lze upravit změnou velikosti mřížky modulace okna.

Obrázek 4. Schéma instalace snímače pohybu

Výkon vnitřního zesilovače senzoru PIR1 je přiváděn na svůj výstup 1 filtrem R1C1. Výstupní signál senzoru je odebrán z pinu 2 a přiváděn na neinvertující vstup operačního zesilovače 1 čipu LM324 typu DA1. Tento čip jsou čtyři operační zesilovače (operační zesilovače) nezávislé na sobě. Jediné, co je spojuje, jsou společné mocenské závěry a případ.

Zesilovač se ziskem asi 150 je sestaven v OS1, ke kterému je přímo připojen senzor PIR1. Pokud v oblasti pokrytí snímače nedochází k žádnému pohybu, je na výstupu ОУ1 konstantní úroveň napětí, přibližně polovina napětí zdroje energie.

Když je detekován pohybující se objekt v zorném poli senzoru na terminálu 2, objeví se střídavé napětí, které je zesíleno OS1. Na výstupu OS1 se objeví proměnná složka, která je vedena kondenzátorem C2 do dalšího stupně zesílení prováděného na OS2 se ziskem přibližně 100.

Po těchto fázích dorazí signál zesílený na požadovanou úroveň na vstup komparátoru na OU3 - pin 10 čipu DA1. Úroveň odezvy komparátoru je určena hodnotou rezistorů R8, R11, R20. V počátečním stavu je výstupní napětí komparátoru nízké.

Pokud se na výstupu ОУ2 - výstupu 14 - objeví obdélníkové impulsy, které přesahují stanovenou úroveň činnosti, na výstupu komparátoru ОУ3 - výstup 8 - se objeví úroveň vysokého napětí, přesněji pulsy, které nabíjejí kondenzátor C7. Dioda VD5 zabraňuje vybití tohoto kondenzátoru výstupem komparátoru, když je nízký. Kondenzátor proto může být vybit pouze přes sériový obvod R14 a R22. Použitím variabilního rezistoru R22 může být doba vybití nastavena do 5 sekund ... 5 minut.

Naakumulované napětí na kondenzátoru C7 je přiváděno na neinvertující vstup druhého komparátoru vytvořeného v OS4, jehož úroveň odezvy je nastavena děličem R9, R13. Výstupní signál tohoto komparátoru je veden do báze tranzistoru VT1, který pomocí triak VD2 spojuje zátěž.

Doba odezvy komparátoru na OS4 je určena dobou nabíjení kondenzátoru C7, která se zvyšuje o dobu odezvy snímače: dokud se pohyb v zorném poli zařízení nezastaví, kondenzátor C7 se dobije. Když se tedy někdo pohybuje v místnosti, není zaručeno, že se osvětlení vypne.

Aby se osvětlení nerozsvítilo během denních hodin, obsahuje zařízení světelný senzor vyrobený na fotodiodě VD7 typu FD263, která je zapnuta v opačném směru. Provozní režimy jsou nastaveny děličem R15, R23.

Napětí z motoru variabilního odporu R23 je přiváděno do základny tranzistoru VT2. Zatímco temná fotodioda je uzavřena v místnosti a napětí na bázi tranzistoru VT2 je vysoké, je proto uzavřeno a neovlivňuje činnost obvodu.

Při rostoucím osvětlení se fotodioda otevírá a napětí na bázi VT2 klesá, což vede k jejímu otevření. Otevřený tranzistor přes VD9 diodu posunuje signál z výstupu operačního zesilovače 2 na vstup komparátoru na operačním zesilovači 3. Kondenzátor C7 se proto nenabíjí a osvětlení se také nezapne.

Aby se zabránilo tomu, aby snímač denního světla zapnul světlo, které nastalo, je jeho provoz blokován diodou VD8 připojenou k výstupu komparátoru na OU4. Kondenzátor C10 poskytuje zpoždění při zapnutí senzoru okolního světla, když je lampa zapnutá, čímž zabraňuje falešným poplachům senzoru.

Síla zařízení je bez transformátoru. Prostřednictvím zhášecího kondenzátoru C9 je síťové napětí přiváděno do usměrňovače vytvořeného na diodách VD4 a VD6. Zvlnění usměrněného napětí je vyhlazeno kondenzátorem C8 a napětí je stabilizováno na 16 V Zenerovou diodou VD3. Toto napětí se používá k napájení klíčového stupně na tranzistoru VT1, který řídí činnost výkonového spínače na triaku VD2.

Na prvky R2, C3 a VD1 je namontován parametrický regulátor napětí 9,1 V, který se používá k napájení všech uzlů zařízení: čidlo PIR, mikroobvod DA1 a senzor denního světla na tranzistoru VT2.

Popsaný obvod je vyráběn jako sada od společnosti Master Kit. Souprava obsahuje všechny potřebné rádiové komponenty, hotovou desku s plošnými spoji a kryt pro sestavení zařízení, jak je znázorněno na obrázku 5. Souprava také obsahuje pokyny pro montáž a nastavení zařízení.

Přestože je obvod obecně považován za jednoduchý as bezchybnou montáží ze servisovatelných dílů, měl by začít fungovat okamžitě, chci upozornit na skutečnost, že má beztransformátorovou energii. Při montáži a uvedení do provozu byste proto měli být velmi opatrní, dodržovat bezpečnostní předpisy a ještě lépe používat oddělovací transformátor.

Obrázek 5. Pouzdro ze soupravy Master Kit

Okruh plně přejde do provozního režimu za jednu a půl až dvě minuty po zapnutí, proto by všechna nastavení měla být provedena po uplynutí této doby. Nastavení jsou jednoduchá a jsou redukována na nastavení požadované doby zpoždění rezistorem R22 a pomocí rezistoru R23 je vybrána prahová hodnota světelného senzoru.

Práh samotného snímače pohybu je určen hodnotou rezistoru Rll.Pokud je nutné zvýšit citlivost, může být její hodnota poněkud snížena. Proto s velkým počtem falešných pozitiv budete muset změnit hodnotu ve směru zvýšení.

Obrázek 6 ukazuje další diagram infračerveného snímače pohybu, který je velmi podobný obvodu znázorněnému na obrázku 3.

Obrázek 6. Infračervený snímač pohybu. Varianta 2 (pro zvětšení klikněte na obrázek)

Podobné schéma je vybaveno světlometem s halogenovou lampou ve formě jediného zařízení a je zpravidla instalováno u vchodů soukromých domácností. Jeho účelem je rozsvítit světlo ve dvoře, když dorazí majitelé domu, a kromě toho upozornit majitele na pronikání hostů, včetně nezvaných, na území. Samotné schéma je velmi podobné předchozímu a plní stejné funkce, takže není vyžadován podrobný popis. Přebývejme pouze na jednotlivých uzlech.

Jako infračervené čidlo se používá fototranzistor PIR D203C, jehož signál je přiváděn do čipu DA1, stejně jako v předchozím obvodu. Citlivost senzoru je nastavena pomocí proměnného rezistoru VR3. Světelný senzor je vyroben na CDS fotorezistoru, který prostřednictvím tranzistoru denního světla VT2 blokuje činnost tranzistoru VT1, který zahrnuje relé řízení zátěže. Proto ve dne nenastane zahrnutí reflektoru.

Stejně jako ten předchozí, obvod obsahuje časové zpoždění, které se provádí na kondenzátoru C14, jehož doba vybíjení je regulována proměnným odporem VR1. Limity nastavení času jsou uvedeny přímo na diagramu.

Pro instalaci na ulici je určen halogenový reflektor s pohybovým senzorem, takže kočky, psi nebo jiná malá zvířata mohou kromě lidí spadnout do oblasti pokrytí senzorem. To může způsobit nesprávné spuštění senzorů a zahrnutí světla.

Pro ochranu před takovými falešnými poplachy se doporučuje nainstalovat před senzor ochrannou clonu, která poněkud omezí dosah viditelnosti zařízení zespodu: stačí rozlišit celou bránu, ale pouze její horní polovinu, aby bylo možné odlišit osobu, která přišla.

U složitějších pohybových senzorů je tento problém vyřešen integrovaný mikrokontrolér, který je docela schopný určit velikost objektu: stroj, osoba nebo myš. Takové senzory jsou samozřejmě dražší.

Automatické spínače osvětlení s akustickými senzory

Pro ovládání světla ve vstupech bytových domů se také používají optické akustické spínače. Přepínače obsahují mikrofon, optický senzor a výstupní klíčové zařízení.

Logika činnosti takových spínačů je stejná jako infračervená: ve dne je mikrofon vypnut optickým senzorem a ve tmě se osvětlení zapne i při zanedbatelných zvukech ve vstupu. Doba expozice je asi 1 minuta, po které zhasne světlo.

S novým výskytem zvuků se cyklus opakuje. Citlivost mikrofonu je taková, že snímá zvuk ve vzdálenosti 5 m, což je dostačující pro podmínky přístupu. Samozřejmě takový senzor nelze použít na ulici, protože světlo se zapne z jakéhokoli zvuku, například z projíždějícího auta.

Strukturálně jsou akusticko-optické spínače k ​​dispozici ve dvou verzích: buď jako samostatná jednotka namontovaná na stěně nebo stropu, nebo vestavěná do svítidel různých provedení. Takové přepínače jsou znázorněny na obrázcích 7 a 8, v tomto pořadí.

Obrázek 7. Opticko-akustický energeticky úsporný spínač EV-05

Obrázek 8. Lampa EVS-01 se zabudovaným opticko-akustickým spínačem

Cena takových spínačů je obvykle nižší než spínače s infračerveným senzorem, takže je lze doporučit pro použití v bytových a komunálních službách, i když to nevylučuje instalaci infračervených senzorů.

Přečtěte si také:Jak vybrat, konfigurovat a připojit foto relé pro venkovní nebo vnitřní osvětlení