Автоматични ключове за осветление с инфрачервени и звукови сензори

Съвременната елементарна база на електрониката ви позволява да създавате устройства, прости в схемата, но с доста широк спектър от функции. Преди това такива устройства бяха достъпни за използване само в сложни и скъпи професионални системи, а сега използването им прави ежедневието ни по-удобно и по-лесно.

Тази статия ще говори за използването на уреди инфрачервени сензори, Някога подобни сензори се използваха главно в системите за сигурност, сега никой не е изненадан от вратите, които се отварят пред всеки входящ човек или автоматичното включване на осветлението във входа. И всичко това инфрачервени сензори! Често те се наричат ​​пироелектрични сензори.

Пироелектрически сензор. Устройство и принцип на работа

Пироелектричните сензори са принципно пасивни. Това означава, че те не генерират никакви електромагнитни сигнали, а просто са инфрачервен приемникСледователно за хората това е абсолютно безобидно.

Всеки елемент е инфрачервен източники човешкото тяло в този смисъл също не е изключение. Пироелектрическите сензори са проектирани по такъв начин, че да не реагират на самата инфрачервена радиация, нейната абсолютна стойност, а по-скоро на нейната промяна. Следователно, дори леко движение на предмет, например, човек ще бъде засечен от такъв сензор.

Като пример, помислете за пироелектрическия сензор IRA-E710 от Мурата. Устройството му е показано на фигура 1.

Фигура 1. Устройство за пироелектрически сензор IRA-E710

Основата на пироелектрическия сензор е инфрачервено чувствителна фотоклетка, която произвежда електрически сигнал, пропорционален на количеството радиация. За да съвпадне фотоклетката с веригата и първоначалното усилване на сигнала, се използва полеви транзистор.

Ако сензорът е изграден само на една фотоклетка, тогава той ще задейства не само от движещи се обекти, но и просто от външна температура, слънчева светлина, от радиатори и температурни промени на самия сензор, или по-скоро на тялото му.

С други думи, имунитетът на шум на такъв сензор е твърде нисък. За да го увеличите, пироелектрическите сензори се правят на базата на две фотоклетки, включени в обратна посока, както е показано на фигурата, което ви позволява да компенсирате току-що споменатите фактори.

Такъв сензор реагира само на промените във величината на излъчването, което позволява използването му като детектор на движение. Още по-голяма надеждност в работата на сензора се осигурява от светлинен филтър, настроен на дължина на вълната от 5-14 микрона. Такова излъчване е най-характерно за човешкото тяло.

Не бива обаче да се мисли, че сензорът улавя само движението на нагрети предмети. Винаги има определен инфрачервен фон в помещението, така че преместването на който и да е предмет, дори и при околната температура, причинява промяна в общия фон и сензорите се задействат.

Недостатъците на описания сензор могат да бъдат приписани на факта, че той е чувствителен само към движенията навън, тоест от една фотоклетка в друга. Когато се движите по повърхностите на двете фотоклетки, сигналът няма да бъде генериран. Следователно, когато инсталирате такива сензори, те трябва да бъдат ориентирани съответно, както ще бъде разгледано по-горе.

За да се отървете от такъв вреден ефект за особено критични случаи, те се разработват и прилагат. сензори на базата на четири фотоклетки, Вярно е, че сензорите от този тип са по-сложни и скъпи, което също усложнява схемата на тяхното свързване и управление.

Предлагат се сензори за конвенционален и повърхностен монтаж (SMD). Появата им е показана на фигура 2.

Фигура 2. Сензори IRA-E710. вид

Използването на сензори за движение

първоначално сензори за движение предназначен за създаване алармени системи, С развитието на елементната база пироелектрическите сензори станаха много по-евтини и по-достъпни, което позволи да се използват за битови нужди.

Тя е преди всичко автоматично включване на осветлението, отваряне на врати, както и управление на системи за видеонаблюдение. Такава автоматизация ви позволява да спестите значително количество електричество или топлина в стаята. Когато се използва в системи за видеонаблюдение, се спестява място на твърдите дискове на компютъра, който контролира работата на видеосистемата.

Алгоритъмът на автоматичния превключвател на светлината

Когато светлината се включва автоматично, например във вход, когато човек се появи в зрителното поле на устройството, осветлението трябва да се включи и да се изключи след известно време. Докато човек е в зрителното поле на устройството, осветлението не трябва да се изключва, скоростта на затвора се увеличава. При дневна светлина не трябва да се извършва автоматично включване на светлината.

Прожекторите със сензор за движение, предназначени за монтаж на открито, също работят точно: осветление на портите и двора в близост до къщата, стълби на входа на магазина и в други случаи. Такива прожектори се предлагат заедно със сензор за движение или сензорът за движение може да бъде отделен.

Един от автоматични вериги за управление на осветлението показано на фигура 3.

Фигура 3. Схема за управление на осветлението от сензор за движение (щракнете върху снимката, за да видите схемата в по-голям формат)

Описание на веригата

Като приемник на инфрачервено лъчение в използваната верига пироелектрически сензор PIR1, Пред фотоклетките му е монтирана модулационна решетка от тесни непрозрачни и прозрачни ивици, която е разположена хоризонтално. Следователно се оказва, че за фотодетектора обект, движещ се през лентите на модулационната решетка, е отворен или затворен, което причинява появата на променливо напрежение на изхода на сензора.

Горното е илюстрирано на Фигура 4, която показва правилното местоположение на сензора. Размерът на обекта, открит от устройството, се определя от ширината на лентата на решетката за модулация. Променяйки честотната лента, можете да регулирате чувствителността на устройството като цяло. Ширината на обхвата на устройството може да се регулира чрез промяна на размера на решетката за модулация на прозореца.

Фигура 4. Схема за инсталиране на сензора за движение

Силата на вътрешния усилвател на PIR1 сензора се подава към неговия изход 1 през филтъра R1C1. Изходният сигнал на сензора се отстранява от щифт 2 и се подава към неинвертиращия вход на операционния усилвател 1 на чипа DAM тип LM324 тип DA1. Този чип е четири операционни усилвателя (оп усилватели), независими един от друг. Единственото нещо, което ги обединява, са общите изводи за власт и случаят.

Усилвател с усилване около 150 се сглобява в OS1, към който е пряко свързан PIR1 сензорът. Ако няма движение в зоната на покритие на сензора, тогава на изхода на ОУ1 има постоянно ниво на напрежение, около половината от напрежението на източника на захранване.

При откриване на движещ се обект в зрителното поле на сензора на клема 2 се появява променливо напрежение, което се усилва от OS1. На изхода на OS1 се появява променлив компонент, който се подава през кондензатор C2 към следващия етап на усилване, изпълнен на OS2 с усилване приблизително 100.

След тези етапи сигналът, усилен до необходимото ниво, пристига към входа на сравнителя на OU3 - щифт 10 на чипа DA1. Нивото на реакция на сравнителя се определя от стойността на резисторите R8, R11, R20. В първоначалното състояние изходното напрежение на компаратора е ниско.

Ако на изхода на ОУ2 - изход 14 - се появят правоъгълни импулси, които надвишават зададеното ниво на работа, на изхода на компаратора ОУ3 - изход 8 - ще се появят високо напрежение, по-точно импулсите, които зареждат кондензатора С7. Диодът VD5 предотвратява изхвърлянето на този кондензатор през изхода на компаратора, когато е нисък. Следователно кондензаторът може да се разреди само през серийните вериги R14 и R22. Използвайки променлив резистор R22, времето за разреждане може да бъде настроено в рамките на 5 секунди ... 5 минути.

Напрежението, натрупано върху кондензатора С7, се подава към неинвертиращия вход на втория компаратор, направен на OS4, нивото на реакция на което се определя от разделителя R9, R13. Изходният сигнал на този компаратор се подава към основата на транзистор VT1, който, използвайки триак VD2 свързва товара.

Времето за реакция на компаратора на OS4 се определя от времето на зареждане на кондензатора C7, което се увеличава с времето на реакция на сензора: докато движението в зрителното поле на устройството спре, кондензаторът C7 ще се презареди. По този начин, докато някой се движи в стаята, осветлението не е гарантирано да се изключи.

За да не се включи осветлението през дневните часове, устройството съдържа светлинен сензор, направен на фотодиод VD7 от тип FD263, който е включен в обратна посока. Режимите на неговата работа се задават от разделителя R15, R23.

Напрежението от двигателя на променливия резистор R23 се подава към основата на транзистора VT2. Докато тъмният фотодиод е затворен в помещението и напрежението в основата на транзистора VT2 е високо, следователно той е затворен и не влияе върху работата на веригата.

С увеличаване на осветеността, фотодиодът се отваря и напрежението в основата на VT2 спада, което води до неговото отваряне. Отворен транзистор през VD9 диод изключва сигнала от изхода на усилвателя 2 към входа на компаратора на оп усилвателя 3. Следователно кондензаторът C7 не се зарежда и осветлението също няма да бъде включено.

За да се предотврати включването на датчика за дневна светлина на светлината през деня, работата му се блокира чрез диода VD8, свързан към изхода на компаратора на OU4. Кондензаторът C10 осигурява забавяне при включване на сензора за околната светлина, когато лампата е включена, като по този начин предотвратява фалшиви аларми на сензора.

Мощността на устройството е без трансформатор. Чрез гасителния кондензатор C9 мрежовото напрежение се подава към изправител, направен на диоди VD4 и VD6. Пулсацията на ректифицираното напрежение се изглажда от кондензатора C8, а напрежението се стабилизира на 16 V от зенеров диод VD3. Това напрежение се използва за захранване на ключовия етап на транзистора VT1, който контролира работата на захранващия превключвател на триаковия VD2.

На елементите R2, C3 и VD1 е сглобен 9.1 V параметричен регулатор на напрежението, който се използва за захранване на всички възли на устройството: PIR сензор, микросхема DA1 и фотосензор за дневна светлина на транзистора VT2.

Описаната схема се произвежда като комплект от Master Kit. Комплектът съдържа всички необходими радио компоненти, готова платка и корпус за сглобяване на устройството, показани на фигура 5. Комплектът включва също инструкции за сглобяване и настройка на устройството.

Макар че по принцип веригата се счита за проста и при сглобяване без грешки от сервизни части, тя трябва да започне да работи незабавно, искам да обърна внимание на факта, че има безформатна мощност. Затова по време на монтажа и пускането в експлоатация трябва да сте изключително внимателни, да спазвате правилата за безопасност и още по-добре да използвате изолационен трансформатор.

Фигура 5. Калъф от комплекта Master Kit

Веригата напълно влиза в работния режим след една и половина до две минути след включване, следователно всички настройки трябва да се направят след изтичане на това време. Настройките са прости и се свеждат до задаване на необходимото време на закъснение от резистора R22 и с помощта на резистора R23 се избира прагът на сензора за светлина.

Прагът на самия сензор за движение се определя от стойността на резистора R11.Ако е необходимо повишаване на чувствителността, стойността му може да бъде малко намалена. Съответно, с голям брой фалшиви положителни резултати, ще трябва да промените стойността в посока на увеличение.

Фигура 6 показва друга диаграма на инфрачервен сензор за движение, която е много подобна на схемата, показана на фигура 3.

Фигура 6. Инфрачервен сензор за движение. Вариант 2 (щракнете върху снимката за уголемяване)

Подобна схема е оборудвана с прожектор с халогенна лампа под формата на едно устройство и се инсталира, като правило, на входовете на частни домакинства. Целта му е да включи светлината в двора, когато пристигнат собствениците на къщата, и в допълнение да предупреди собствениците за проникването на гости, включително и неканени, на територията. Самата схема е много подобна на предишната и изпълнява същите функции, така че не се изисква подробно описание. Нека се спрем само на отделни възли.

Като инфрачервен сензор се използва фототранзистор PIR D203C, сигналът от който се подава към чипа DA1, същият като в предишната схема. Чувствителността на сензора се регулира от променлив резистор VR3. Светлинният сензор е направен на CDS фоторезистор, който чрез транзистор за дневна светлина VT2 блокира работата на транзистор VT1, който включва реле за управление на натоварването. Следователно през деня включването на прожектора не става.

Подобно на предишната, веригата съдържа забавяне във времето, което се извършва на кондензатор C14, времето на разреждане на което се регулира от променлив резистор VR1. Границите за регулиране на времето са посочени директно на диаграмата.

Халогенният прожектор със сензор за движение е проектиран за инсталиране на улицата, така че котки, кучета или други малки животни могат да попаднат в зоната на покритие на сензора, освен хората. Това може да причини фалшиво задействане на сензорите и включване на светлина.

За да се предпазите от подобни фалшиви аларми, се препоръчва да инсталирате защитен екран пред сензора, който до известна степен ще ограничи обхвата на видимост на устройството отдолу: напълно е достатъчно да видите не цялата врата, а само горната й половина, за да различите човека, който е дошъл.

При по-сложни сензори за движение този проблем се решава от интегриран микроконтролер, което е напълно способно да определи размера на даден обект: машина, човек или мишка. Разбира се, такива сензори са по-скъпи.

Автоматични ключове за осветление с акустични сензори

за управление на светлината във входовете на жилищните сгради също се използват оптични акустични превключватели, Превключвателите съдържат микрофон, оптичен сензор и устройство за изходен ключ.

Логиката на работата на такива превключватели е същата като тази на инфрачервения: през деня микрофонът се изключва от оптичен сензор, а на тъмно осветлението ще се включи дори с незначителни звуци във входа. Времето на експозиция е около 1 минута, след което светлината угасва.

С новата поява на звуци цикълът се повтаря. Чувствителността на микрофона е такава, че той улавя звук на разстояние от 5 м, което е напълно достатъчно за условията на достъп. Разбира се, такъв сензор не може да се използва на улицата, тъй като светлината ще се включи от всеки звук, например от кола, която минава покрай него.

Конструктивно акустично-оптичните превключватели се предлагат в две версии: или като отделна единица, монтирана на стена или таван, или вградени в осветителни тела с различен дизайн. Такива превключватели са показани съответно на фигури 7 и 8.

Фигура 7. Оптично-акустичен енергоспестяващ превключвател EV-05

Фигура 8. Лампата EVS-01 с вграден оптично-акустичен превключвател

Цената на такива превключватели като правило е по-малка от превключвателите с инфрачервен сензор, така че те могат да бъдат препоръчани за използване в жилищно-комунални услуги, въпреки че това не изключва инсталирането на инфрачервени сензори.

Прочетете също:Как да изберете, конфигурирате и свържете фотореле за външно или вътрешно осветление