Commutateurs d'éclairage automatiques avec capteurs infrarouges et acoustiques

La base élémentaire moderne de l'électronique vous permet de créer des appareils simples en circuits, mais ayant une gamme assez large de fonctions. Auparavant, ces appareils n'étaient disponibles que pour une utilisation dans des systèmes professionnels complexes et coûteux, et maintenant leur utilisation rend notre vie quotidienne plus confortable et plus facile.

Cet article parlera des appareils utilisant capteurs infrarouges. Autrefois, ces capteurs étaient principalement utilisés dans les systèmes de sécurité, et maintenant, personne n'est surpris par les portes qui s'ouvrent devant chaque personne entrante ou par l'inclusion automatique de l'éclairage dans l'entrée. Et tout ça capteurs infrarouges! Ils sont souvent appelés capteurs pyroélectriques.

Capteur pyroélectrique. Appareil et principe de fonctionnement

Les capteurs pyroélectriques sont en principe passifs. Cela signifie qu'ils ne génèrent aucun signal électromagnétique, mais sont simplement récepteur infrarougePar conséquent, pour les humains, il est absolument inoffensif.

Chaque article est source infrarouge, et le corps humain dans ce sens ne fait pas non plus exception. Les capteurs pyroélectriques sont conçus de telle manière qu'ils ne répondent pas au rayonnement infrarouge lui-même, à sa valeur absolue, mais plutôt à son changement. Par conséquent, même un léger mouvement d'un objet, par exemple, une personne sera détectée par un tel capteur.

Par exemple, considérons le capteur pyroélectrique IRA-E710 de Murata. Son appareil est illustré à la figure 1.

Figure 1. Capteur pyroélectrique IRA-E710

La base du capteur pyroélectrique est une cellule photoélectrique sensible aux infrarouges qui produit un signal électrique proportionnel à la quantité de rayonnement. Pour faire correspondre la photocellule avec le circuit et l'amplification initiale du signal, un transistor à effet de champ est utilisé.

Si le capteur est construit sur une seule cellule photoélectrique, il se déclenchera non seulement à partir d'objets en mouvement, mais aussi simplement à partir de la température extérieure, de la lumière du soleil, des radiateurs et des changements de température du capteur lui-même, ou plutôt de son corps.

En d'autres termes, l'immunité au bruit d'un tel capteur est trop faible. Pour l'augmenter, les capteurs pyroélectriques sont réalisés sur la base de deux photocellules incluses dans le sens opposé, comme le montre la figure, ce qui permet de compenser les facteurs qui viennent d'être mentionnés.

Un tel capteur ne répond qu'aux variations de l'amplitude du rayonnement, ce qui lui permet d'être utilisé comme détecteur de mouvement. Une fiabilité encore plus grande dans le fonctionnement du capteur est fournie par un filtre de lumière réglé sur une longueur d'onde de 5-14 microns. Un tel rayonnement est le plus caractéristique du corps humain.

Cependant, il ne faut pas penser que le capteur ne capte que le mouvement des objets chauffés. Il y a toujours un certain fond infrarouge dans la pièce, donc déplacer n'importe quel objet, même avec la température ambiante, provoque un changement de l'arrière-plan général et le capteur se déclenche.

Les inconvénients du capteur décrit incluent le fait qu'il n'est sensible qu'aux mouvements transversaux, c'est-à-dire d'une cellule photoélectrique à l'autre. Lors du déplacement le long des surfaces des deux photocellules, le signal ne sera pas généré. Par conséquent, lors de l'installation de tels capteurs, ils doivent être orientés en conséquence, comme cela sera expliqué ci-dessus.

Afin de se débarrasser d'un tel effet nocif pour les cas particulièrement critiques, ils sont développés et appliqués. capteurs basés sur quatre photocellules. Certes, les capteurs de ce type sont plus complexes et plus chers, ce qui complique également le schéma de leur connexion et de leur contrôle.

Les capteurs sont disponibles pour un montage conventionnel et montage en surface (CMS). Leur apparence est illustrée à la figure 2.

Figure 2. Capteurs IRA-E710. Apparence

L'utilisation de capteurs de mouvement

À l'origine capteurs de mouvement destiné à créer systèmes d'alarme antivol. Avec le développement de la base de l'élément, les capteurs pyroélectriques sont devenus beaucoup moins chers et plus abordables, ce qui leur a permis d'être utilisés à des fins domestiques.

C'est avant tout inclusion automatique de l'éclairage, ouverture des portes, ainsi que gestion des systèmes de vidéosurveillance. Une telle automatisation vous permet d'économiser une quantité importante d'électricité ou de chaleur dans la pièce. Lorsqu'il est utilisé dans des systèmes de vidéosurveillance, l'espace est économisé sur les disques durs de l'ordinateur qui contrôle le fonctionnement du système vidéo.

L'algorithme de l'interrupteur d'éclairage automatique

Lorsque l'éclairage est allumé automatiquement, par exemple dans une entrée, lorsqu'une personne apparaît dans le champ de vision de l'appareil, l'éclairage doit s'allumer et s'éteindre après un certain temps. Lorsqu'une personne se trouve dans le champ de vision de l'appareil, l'éclairage ne doit pas s'éteindre, la vitesse d'obturation augmente. En plein jour, l'inclusion automatique de lumière ne doit pas se produire.

Les projecteurs avec capteur de mouvement conçus pour une installation extérieure fonctionnent également exactement: l'éclairage des portes et de la cour près de la maison, des escaliers à l'entrée du magasin et dans d'autres cas. Ces projecteurs sont disponibles en conjonction avec un capteur de mouvement, ou le capteur de mouvement peut être séparé.

Un des circuits de commande d'éclairage automatiques montré dans la figure 3.

Figure 3. Schéma de contrôle d'éclairage à partir d'un capteur de mouvement (cliquez sur l'image pour afficher le schéma dans un format plus grand)

Description du circuit

En tant que récepteur de rayonnement infrarouge dans le circuit utilisé capteur pyroélectrique PIR1. Devant ses photocellules, un réseau de modulation de fines rayures opaques et transparentes est installé, qui est situé horizontalement. Par conséquent, il s'avère que pour un photodétecteur, un objet se déplaçant à travers les bandes du réseau de modulation est ouvert ou fermé, ce qui provoque l'apparition d'une tension alternative à la sortie du capteur.

Ce qui précède est illustré sur la figure 4, qui montre l'emplacement correct du capteur. La taille de l'objet détecté par le dispositif est déterminée par la bande passante du réseau de modulation. En modifiant la bande passante, vous pouvez régler la sensibilité de l'appareil dans son ensemble. La largeur de la plage de l'appareil peut être ajustée en changeant la taille du réseau de modulation de la fenêtre.

Figure 4. Schéma d'installation du capteur de mouvement

La puissance de l'amplificateur interne du capteur PIR1 est fournie à sa sortie 1 via le filtre R1C1. Le signal de sortie du capteur est retiré de la broche 2 et envoyé à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 1 de la puce LM324 de type DA1. Cette puce est composée de quatre amplificateurs opérationnels (amplis op) indépendants les uns des autres. La seule chose qui les unit, ce sont les conclusions du pouvoir commun et l'affaire.

Un amplificateur avec un gain d'environ 150 est assemblé à OS1, auquel le capteur PIR1 est directement connecté. S'il n'y a aucun mouvement dans la zone de couverture du capteur, alors à la sortie de OS1, un niveau de tension constant, environ la moitié de la tension de la source d'alimentation, est maintenu.

Lorsqu'un objet en mouvement est détecté dans le champ de vision du capteur à la borne 2, une tension alternative apparaît, qui est amplifiée par OS1. À la sortie de OS1, une composante variable apparaît, qui est envoyée via un condensateur C2 à l'étage d'amplification suivant effectué sur OS2 avec un gain d'environ 100.

Après ces étapes, le signal amplifié au niveau requis arrive à l'entrée du comparateur sur OU3 - broche 10 de la puce DA1. Le niveau de réponse du comparateur est déterminé par la valeur des résistances R8, R11, R20. Dans l'état initial, la tension de sortie du comparateur est faible.

Si à la sortie de ОУ2 - sortie 14 - des impulsions rectangulaires apparaissent qui dépassent le niveau de fonctionnement spécifié, à la sortie du comparateur ОУ3 - sortie 8 - un niveau de haute tension apparaîtra, plus précisément, les impulsions qui chargent le condensateur C7. La diode VD5 empêche la décharge de ce condensateur à travers la sortie du comparateur lorsqu'il est bas. Par conséquent, le condensateur ne peut être déchargé que par les circuits série R14 et R22. En utilisant une résistance variable R22, le temps de décharge peut être réglé dans les 5 secondes ... 5min.

La tension accumulée sur le condensateur C7 est fournie à l'entrée non inverseuse du deuxième comparateur réalisé sur l'OS4, dont le niveau de réponse est fixé par le diviseur R9, R13. Le signal de sortie de ce comparateur est envoyé à la base du transistor VT1 qui, en utilisant triac VD2 connecte la charge.

Le temps de réponse du comparateur sur l'OS4 est déterminé par le temps de charge du condensateur C7, qui augmente du temps de réponse du capteur: jusqu'à l'arrêt du mouvement dans le champ de vision de l'appareil, le condensateur C7 se rechargera. Ainsi, pendant que quelqu'un se déplace dans la pièce, l'éclairage n'est pas garanti de s'éteindre.

Afin que l'éclairage ne s'allume pas pendant les heures de clarté, l'appareil contient un capteur de lumière réalisé sur une photodiode VD7 de type FD263, qui est allumée dans le sens opposé. Les modes de fonctionnement sont définis par le diviseur R15, R23.

La tension du moteur de la résistance variable R23 est fournie à la base du transistor VT2. Alors que la photodiode sombre est fermée dans la pièce et que la tension à la base du transistor VT2 est élevée, elle est donc fermée et n'affecte pas le fonctionnement du circuit.

Avec un éclairage croissant, la photodiode s'ouvre et la tension à la base du VT2 baisse, ce qui conduit à son ouverture. Un transistor ouvert à travers une diode VD9 shunte le signal de la sortie de l'ampli op 2 à l'entrée du comparateur sur l'ampli op 3. Par conséquent, le condensateur C7 ne se charge pas et l'éclairage ne sera pas allumé non plus.

Afin d'éviter que le capteur de lumière du jour n'allume la lumière du jour venu, son fonctionnement est bloqué par la diode VD8 connectée à la sortie du comparateur sur OU4. Le condensateur C10 retarde l'activation du capteur de lumière ambiante lorsque la lampe est allumée, empêchant ainsi les fausses alarmes du capteur.

La puissance de l'appareil est sans transformateur. Par l'intermédiaire du condensateur d'extinction C9, la tension secteur est fournie à un redresseur réalisé sur les diodes VD4 et VD6. L'ondulation de la tension redressée est lissée par le condensateur C8, et la tension est stabilisée à 16V par la diode Zener VD3. Cette tension est utilisée pour alimenter l'étage clé du transistor VT1, qui contrôle le fonctionnement de l'interrupteur d'alimentation sur le triac VD2.

Un régulateur de tension paramétrique de 9,1 V est assemblé sur les éléments R2, C3 et VD1, qui est utilisé pour alimenter tous les nœuds de l'appareil: un capteur PIR, un microcircuit DA1 et capteur photo lumière du jour sur le transistor VT2.

Le circuit décrit est produit en kit par Master Kit. Le kit contient tous les composants radio nécessaires, une carte de circuit imprimé finie et un boîtier pour assembler l'appareil, comme illustré à la figure 5. Le kit comprend également des instructions pour assembler et configurer l'appareil.

Bien qu'en général le circuit soit considéré comme simple, et avec un assemblage sans erreur à partir de pièces réparables, il devrait commencer à fonctionner immédiatement, je tiens à attirer l'attention sur le fait qu'il a une puissance sans transformateur. Par conséquent, lors du montage et de la mise en service, vous devez être extrêmement prudent, respecter les règles de sécurité et, mieux encore, utiliser un transformateur d'isolement.

Figure 5. Boîtier du kit Master Kit

Le circuit entre complètement en mode de fonctionnement dans une minute et demie à deux minutes après la mise sous tension, par conséquent tous les réglages doivent être effectués après ce temps. Les réglages sont simples et sont réduits à régler le temps de retard requis par la résistance R22, et à l'aide de la résistance R23, le seuil du capteur de lumière est sélectionné.

Le seuil du capteur de mouvement lui-même est déterminé par la valeur de la résistance R11.Si une augmentation de la sensibilité est nécessaire, sa valeur peut être quelque peu réduite. Par conséquent, avec un grand nombre de faux positifs, vous devrez modifier la valeur dans le sens de l'augmentation.

La figure 6 montre un autre schéma d'un capteur de mouvement infrarouge, qui est très similaire au circuit montré sur la figure 3.

Figure 6. Capteur de mouvement infrarouge. Option 2 (cliquez sur l'image pour agrandir)

Un système similaire est équipé d'un projecteur avec une lampe halogène sous la forme d'un seul appareil, et est installé, en règle générale, aux entrées des ménages privés. Son but est d'allumer la lumière dans la cour lorsque les propriétaires de la maison arrivent, et en plus d'avertir les propriétaires de la pénétration d'invités, y compris non invités, dans le territoire. Le schéma lui-même est très similaire au précédent et remplit les mêmes fonctions, une description détaillée n'est donc pas requise. Arrêtons-nous uniquement sur les nœuds individuels.

En tant que capteur infrarouge, un phototransistor PIR D203C est utilisé, dont le signal est envoyé à la puce DA1, le même que dans le circuit précédent. La sensibilité du capteur est réglée par une résistance variable VR3. Le capteur de lumière est fabriqué sur une photorésistance CDS qui, par le transistor VT2 de lumière du jour, bloque le fonctionnement du transistor VT1, qui comprend un relais de contrôle de charge. Par conséquent, pendant la journée, l'inclusion du projecteur ne se produit pas.

Comme le précédent, le circuit contient une temporisation, qui est effectuée sur le condensateur C14, dont le temps de décharge est régulé par une résistance variable VR1. Les limites de réglage du temps sont indiquées directement sur le schéma.

Un projecteur halogène avec capteur de mouvement est conçu pour être installé dans la rue, afin que les chats, les chiens ou autres petits animaux puissent tomber dans la zone de couverture du capteur, en plus des personnes. Cela peut provoquer un faux déclenchement des capteurs et l'inclusion de lumière.

Pour se prémunir contre de telles fausses alarmes, il est recommandé d'installer un écran de protection devant le capteur, ce qui limitera quelque peu la portée de visibilité de l'appareil par le bas: il suffit de voir non pas tout le portail, mais seulement sa moitié supérieure, pour distinguer la personne qui est venue.

Dans les détecteurs de mouvement plus complexes, ce problème est résolu par microcontrôleur intégré, qui est tout à fait capable de déterminer la taille d'un objet: une machine, une personne ou une souris. Bien entendu, de tels capteurs sont plus chers.

Interrupteurs d'éclairage automatiques avec capteurs acoustiques

Pour contrôle de la lumière dans les entrées des immeubles d'habitation sont également utilisés commutateurs acoustiques optiques. Les commutateurs contiennent un microphone, un capteur optique et un dispositif de clé de sortie.

La logique de fonctionnement de ces commutateurs est la même que celle de l'infrarouge: le jour, le microphone est éteint par un capteur optique et dans l'obscurité, l'éclairage s'allume même avec des sons insignifiants à l'entrée. Le temps d'exposition est d'environ 1 minute, après quoi la lumière s'éteint.

Avec la nouvelle occurrence des sons, le cycle se répète. La sensibilité du microphone est telle qu'il capte le son à une distance allant jusqu'à 5 m, ce qui est largement suffisant pour les conditions d'accès. Bien sûr, un tel capteur ne peut pas être utilisé dans la rue, car la lumière s'allumera à partir de n'importe quel son, par exemple, d'une voiture qui passe.

Structurellement, les commutateurs opto-acoustiques sont disponibles en deux versions: soit en tant qu'unité séparée montée sur un mur ou un plafond, soit intégrés à des luminaires de différentes conceptions. De tels commutateurs sont représentés sur les figures 7 et 8, respectivement.

Figure 7. Commutateur d'économie d'énergie optique-acoustique EV-05

Figure 8. Lampe ЭВС-01 avec interrupteur optique-acoustique intégré

Le prix de ces commutateurs, en règle générale, est inférieur à celui des commutateurs à capteur infrarouge, de sorte qu'ils peuvent être recommandés pour une utilisation dans le logement et les services communaux, bien que cela n'exclue pas l'installation de capteurs infrarouges.

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