Automatyczne włączniki oświetlenia z czujnikami podczerwieni i akustycznymi

Nowoczesna podstawowa elektronika pozwala na tworzenie urządzeń prostych w obwodach, ale posiadających dość szeroki zakres funkcji. Wcześniej takie urządzenia były dostępne tylko do użytku w skomplikowanych i drogich systemach profesjonalnych, a teraz ich użycie sprawia, że ​​nasze codzienne życie jest wygodniejsze i łatwiejsze.

W tym artykule omówiono używanie urządzeń czujniki podczerwieni. Kiedyś takie czujniki były używane głównie w systemach bezpieczeństwa, a teraz nikt nie jest zaskoczony drzwiami, które otwierają się przed każdą przychodzącą osobą lub automatycznym włączeniem oświetlenia w wejściu. I to wszystko czujniki podczerwieni! Często nazywane są czujnikami piroelektrycznymi.

Czujnik piroelektryczny. Urządzenie i zasada działania

Czujniki piroelektryczne są zasadniczo pasywne. Oznacza to, że nie generują one żadnych sygnałów elektromagnetycznych, ale po prostu są odbiornik podczerwieniDlatego dla ludzi jest absolutnie nieszkodliwy.

Każdy element jest źródło podczerwieni, a ciało ludzkie w tym sensie również nie jest wyjątkiem. Czujniki piroelektryczne są zaprojektowane w taki sposób, że nie reagują na samo promieniowanie podczerwone, jego wartość bezwzględną, a raczej na jego zmianę. Dlatego nawet niewielki ruch obiektu, na przykład osoby, zostanie wykryty przez taki czujnik.

Jako przykład rozważmy czujnik piroelektryczny IRA-E710 firmy Murata. Jego urządzenie pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Piroelektryczne urządzenie czujnikowe IRA-E710

Podstawą czujnika piroelektrycznego jest fotokomórka wrażliwa na podczerwień, która wytwarza sygnał elektryczny proporcjonalny do ilości promieniowania. Aby dopasować fotokomórkę do obwodu i początkowego wzmocnienia sygnału, stosuje się tranzystor polowy.

Jeśli czujnik jest zbudowany tylko na jednej fotokomórce, wyzwoli nie tylko ruchome obiekty, ale także po prostu z temperatury zewnętrznej, światła słonecznego, grzejników i zmian temperatury samego czujnika, a raczej jego ciała.

Innymi słowy, odporność na hałas takiego czujnika jest zbyt niska. Aby go zwiększyć, czujniki piroelektryczne są wykonane na podstawie dwóch fotokomórek zawartych w przeciwnym kierunku, jak pokazano na rysunku, co pozwala zrekompensować wyżej wymienione czynniki.

Taki czujnik reaguje tylko na zmiany wielkości promieniowania, co pozwala na wykorzystanie go jako detektora ruchu. Jeszcze większą niezawodność działania czujnika zapewnia filtr światła dostrojony do długości fali 5-14 mikronów. Takie promieniowanie jest najbardziej charakterystyczne dla ludzkiego ciała.

Nie należy jednak myśleć, że czujnik odbiera tylko ruch podgrzewanych przedmiotów. W pomieszczeniu zawsze jest pewne tło podczerwone, więc poruszenie dowolnego obiektu, nawet przy temperaturze otoczenia, powoduje zmianę ogólnego tła i czujnik się uruchamia.

Wady opisywanego czujnika obejmują fakt, że jest on wrażliwy tylko na ruchy poprzeczne, to znaczy od jednej fotokomórki do drugiej. Podczas przemieszczania się wzdłuż powierzchni obu fotokomórek sygnał nie będzie generowany. Dlatego podczas instalowania takich czujników należy je odpowiednio zorientować, co zostanie omówione powyżej.

Aby pozbyć się tak szkodliwego efektu w szczególnie krytycznych przypadkach, są one opracowywane i stosowane. czujniki oparte na czterech fotokomórkach. To prawda, że ​​czujniki tego typu są bardziej złożone i droższe, co również komplikuje schemat ich połączenia i kontroli.

Dostępne są czujniki do montażu konwencjonalnego i montażu powierzchniowego (SMD). Ich wygląd pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Czujniki IRA-E710. Wygląd

Zastosowanie czujników ruchu

Pierwotnie czujniki ruchu przeznaczony do tworzenia systemy antywłamaniowe. Wraz z rozwojem podstawy elementu czujniki piroelektryczne stały się znacznie tańsze i bardziej przystępne cenowo, co pozwoliło na ich wykorzystanie do celów domowych.

To jest przede wszystkim automatyczne włączenie oświetlenia, otwieranie drzwi, a także zarządzanie systemami nadzoru wideo. Taka automatyzacja pozwala zaoszczędzić znaczną ilość energii elektrycznej lub ciepła w pomieszczeniu. W przypadku użycia w systemach nadzoru wideo na dyskach twardych komputera, który steruje działaniem systemu wideo, jest oszczędzane miejsce.

Algorytm automatycznego włącznika światła

Gdy światło włącza się automatycznie, na przykład przy wejściu, gdy w polu widzenia urządzenia pojawia się osoba, oświetlenie powinno się włączyć i wyłączyć po pewnym czasie. Gdy dana osoba znajduje się w polu widzenia urządzenia, oświetlenie nie powinno się wyłączać, czas otwarcia migawki wydłuża się. W świetle dziennym automatyczne włączenie światła nie powinno nastąpić.

Reflektory z czujnikiem ruchu zaprojektowanym do montażu na zewnątrz również działają dokładnie: oświetlenie bram i podwórka w pobliżu domu, schody przy wejściu do sklepu i innych przypadkach. Takie reflektory są dostępne w połączeniu z czujnikiem ruchu lub czujnik ruchu może być oddzielny.

Jeden z obwody automatycznego sterowania oświetleniem pokazane na rysunku 3.

Rysunek 3. Schemat sterowania oświetleniem z czujnika ruchu (kliknij obraz, aby wyświetlić schemat w większym formacie)

Opis obwodu

Jako odbiornik promieniowania podczerwonego w stosowanym obwodzie czujnik piroelektryczny PIR1. Przed fotokomórkami zainstalowana jest kratka modulacyjna z wąskimi nieprzezroczystymi i przezroczystymi paskami, która znajduje się poziomo. Dlatego okazuje się, że w przypadku fotodetektora obiekt poruszający się w pasmach siatki modulacyjnej jest albo otwarty, albo zamknięty, co powoduje pojawienie się napięcia przemiennego na wyjściu czujnika.

Powyższe zilustrowano na rycinie 4, która pokazuje prawidłowe położenie czujnika. Rozmiar obiektu wykrytego przez urządzenie zależy od szerokości pasma siatki modulacyjnej. Zmieniając przepustowość, możesz dostosować czułość urządzenia jako całości. Szerokość zakresu urządzenia można regulować, zmieniając rozmiar siatki modulacji okna.

Rysunek 4. Schemat instalacji czujnika ruchu

Moc wewnętrznego wzmacniacza czujnika PIR1 jest doprowadzana do jego wyjścia 1 przez filtr R1C1. Sygnał wyjściowy czujnika jest usuwany z pinu 2 i podawany na nieodwracające wejście wzmacniacza operacyjnego 1 układu LM324 typu DA1. Ten układ to cztery niezależne od siebie wzmacniacze operacyjne (wzmacniacze operacyjne). Jedyną rzeczą, która je łączy, są wspólne wnioski dotyczące władzy i sprawa.

Wzmacniacz o wzmocnieniu około 150 jest montowany w OS1, do którego czujnik PIR1 jest podłączony bezpośrednio. Jeśli w obszarze zasięgu czujnika nie ma ruchu, wówczas na wyjściu ОУ1 występuje stały poziom napięcia, około połowy napięcia źródła zasilania.

Po wykryciu poruszającego się obiektu w polu widzenia czujnika na zacisku 2 pojawia się napięcie przemienne, które jest wzmacniane przez OS1. Na wyjściu OS1 pojawia się składnik zmienny, który jest doprowadzany przez kondensator C2 do następnego etapu wzmocnienia wykonywanego na OS2 z zyskiem około 100.

Po tych etapach dociera sygnał wzmocniony do wymaganego poziomu na wejście komparatora na OU3 - pin 10 układu DA1. Poziom odpowiedzi komparatora jest określony przez wartość rezystorów R8, R11, R20. W stanie początkowym napięcie wyjściowe komparatora jest niskie.

Jeśli na wyjściu ОУ2 - wyjście 14 - pojawią się prostokątne impulsy, które przekraczają określony poziom działania, na wyjściu komparatora ОУ3 - wyjście 8 - pojawi się wysoki poziom napięcia, a dokładniej impulsy, które ładują kondensator C7. Dioda VD5 zapobiega rozładowaniu tego kondensatora przez wyjście komparatora, gdy jest niski. Dlatego kondensator można rozładować tylko przez obwód szeregowy R14 i R22. Używając rezystora zmiennego R22, czas rozładowania można ustawić w ciągu 5 sekund ... 5 min.

Napięcie zgromadzone na kondensatorze C7 jest doprowadzane do nieodwracającego wejścia drugiego komparatora wykonanego na OS4, którego poziom odpowiedzi jest ustawiany przez dzielnik R9, R13. Sygnał wyjściowy tego komparatora jest doprowadzany do podstawy tranzystora VT1, który za pomocą triak VD2 łączy obciążenie.

Czas odpowiedzi komparatora na OS4 jest określony przez czas ładowania kondensatora C7, który zwiększa się o czas odpowiedzi czujnika: do momentu zatrzymania ruchu w polu widzenia urządzenia kondensator C7 będzie się ładował. Tak więc, gdy ktoś porusza się w pokoju, nie ma gwarancji wyłączenia oświetlenia.

Aby oświetlenie nie włączało się w ciągu dnia, urządzenie zawiera czujnik światła wykonany na fotodiodzie VD7 typu FD263, która jest włączana w przeciwnym kierunku. Tryby działania są ustawiane przez dzielnik R15, R23.

Napięcie z silnika rezystora zmiennego R23 jest dostarczane do podstawy tranzystora VT2. Podczas gdy ciemna fotodioda jest zamknięta w pomieszczeniu, a napięcie u podstawy tranzystora VT2 jest wysokie, dlatego jest ono zamknięte i nie wpływa na działanie obwodu.

Wraz ze wzrostem oświetlenia fotodioda otwiera się, a napięcie u podstawy VT2 spada, co prowadzi do jej otwarcia. Otwarty tranzystor przez diodę VD9 przetacza sygnał z wyjścia wzmacniacza operacyjnego 2 do wejścia komparatora wzmacniacza operacyjnego 3. Dlatego kondensator C7 nie ładuje się, a oświetlenie też nie zostanie włączone.

Aby czujnik światła dziennego nie włączał światła, że ​​nadszedł dzień, jego działanie jest blokowane przez diodę VD8 podłączoną do wyjścia komparatora na OU4. Kondensator C10 zapewnia opóźnienie włączenia czujnika światła otoczenia po włączeniu lampy, zapobiegając w ten sposób fałszywym alarmom czujnika.

Moc urządzenia jest beztransformatorowa. Poprzez kondensator gaszenia C9 napięcie sieciowe jest dostarczane do prostownika wykonanego na diodach VD4 i VD6. Tętnienie wyprostowanego napięcia jest wygładzane przez kondensator C8, a napięcie stabilizowane jest na poziomie 16 V za pomocą diody Zenera VD3. Napięcie to służy do zasilania kluczowego stopnia tranzystora VT1, który kontroluje działanie przełącznika zasilania triaka VD2.

Parametryczny regulator napięcia 9,1 V jest zamontowany na elementach R2, C3 i VD1, który służy do zasilania wszystkich węzłów urządzenia: czujnika PIR, mikroukładu DA1 i czujnik światła dziennego na tranzystorze VT2.

Opisany obwód jest produkowany jako zestaw przez Master Kit. Zestaw zawiera wszystkie niezbędne elementy radiowe, gotową płytkę drukowaną i obudowę do montażu urządzenia, pokazaną na rysunku 5. Zestaw zawiera również instrukcje dotyczące montażu i konfiguracji urządzenia.

Chociaż ogólnie obwód jest uważany za prosty, a przy bezbłędnym montażu z serwisowalnych części, powinien on natychmiast zacząć działać, chcę zwrócić uwagę na fakt, że ma on moc beztransformatorową. Dlatego podczas montażu i uruchamiania należy zachować szczególną ostrożność, przestrzegać przepisów bezpieczeństwa, a jeszcze lepiej stosować transformator izolujący.

Rysunek 5. Obudowa z zestawu Master Kit

Obwód całkowicie przechodzi w tryb pracy w ciągu półtorej do dwóch minut po włączeniu, dlatego wszystkie ustawienia należy wprowadzić po upływie tego czasu. Ustawienia są proste i ograniczają się do ustawiania wymaganego czasu opóźnienia przez rezystor R22, a za pomocą rezystora R23 wybierany jest próg czujnika światła.

Próg samego czujnika ruchu jest określony przez wartość rezystora R11.Jeśli konieczne jest zwiększenie czułości, jego wartość można nieco obniżyć. W związku z tym, przy dużej liczbie fałszywych trafień, będziesz musiał zmienić wartość w kierunku wzrostu.

Ryc. 6 pokazuje inny schemat czujnika ruchu na podczerwień, który jest bardzo podobny do obwodu pokazanego na ryc. 3.

Rysunek 6. Czujnik ruchu na podczerwień. Opcja 2 (kliknij zdjęcie, aby powiększyć)

Podobny schemat jest wyposażony w reflektor z lampą halogenową w postaci pojedynczego urządzenia i jest z reguły instalowany przy wejściach do prywatnych gospodarstw domowych. Jego celem jest włączenie światła na podwórku, gdy przybywają właściciele domu, a także ostrzeżenie właścicieli o przedostaniu się gości, w tym nieproszonych, na terytorium. Sam schemat jest bardzo podobny do poprzedniego i wykonuje te same funkcje, więc szczegółowy opis nie jest wymagany. Zatrzymajmy się tylko na poszczególnych węzłach.

Jako czujnik podczerwieni wykorzystywany jest fototranzystor PIR D203C, z którego sygnał jest doprowadzany do układu DA1, tak samo jak w poprzednim obwodzie. Czułość czujnika jest regulowana przez rezystor zmienny VR3. Czujnik światła wykonany jest na fotorezystorze CDS, który poprzez tranzystor światła dziennego VT2 blokuje działanie tranzystora VT1, który zawiera przekaźnik kontroli obciążenia. Dlatego w ciągu dnia włączenie reflektora nie występuje.

Podobnie jak poprzedni, obwód zawiera opóźnienie czasowe, które jest wykonywane na kondensatorze C14, którego czas rozładowania jest regulowany przez rezystor zmienny VR1. Limity regulacji czasu są wskazane bezpośrednio na schemacie.

Reflektor halogenowy z czujnikiem ruchu jest przeznaczony do instalacji na ulicy, aby koty, psy i inne małe zwierzęta mogły wpaść w obszar zasięgu czujnika, oprócz ludzi. Może to spowodować fałszywe wyzwolenie czujników i włączenie światła.

Aby zabezpieczyć się przed takimi fałszywymi alarmami, zaleca się zainstalowanie przed czujnikiem ekranu ochronnego, który nieco ograniczy zakres widoczności urządzenia od dołu: wystarczy zobaczyć nie całą bramę, ale tylko jej górną połowę, aby odróżnić osobę, która przyszła.

W bardziej złożonych czujnikach ruchu problem ten rozwiązuje zintegrowany mikrokontroler, który jest w stanie określić rozmiar obiektu: maszyny, osoby lub myszy. Oczywiście takie czujniki są droższe.

Automatyczne włączniki oświetlenia z czujnikami akustycznymi

Dla kontrola światła w wejściach do budynków mieszkalnych są również wykorzystywane optyczne przełączniki akustyczne. Przełączniki zawierają mikrofon, czujnik optyczny i urządzenie klucza wyjściowego.

Logika działania takich przełączników jest taka sama jak w podczerwieni: w ciągu dnia mikrofon jest wyłączany przez czujnik optyczny, aw ciemności oświetlenie włącza się nawet przy nieznacznych dźwiękach na wejściu. Czas ekspozycji wynosi około 1 minuty, po czym gaśnie światło.

Wraz z nowym pojawieniem się dźwięku cykl się powtarza. Czułość mikrofonu jest taka, że ​​wychwytuje dźwięk z odległości do 5 m, co jest wystarczające do warunków dostępu. Oczywiście takiego czujnika nie można używać na ulicy, ponieważ światło włączy się z dowolnego dźwięku, na przykład z przejeżdżającego samochodu.

Strukturalnie przełączniki optyczno-akustyczne są dostępne w dwóch wersjach: albo jako osobne urządzenie montowane na ścianie lub suficie, albo jako wbudowane w oprawy różnych konstrukcji. Takie przełączniki pokazano odpowiednio na rysunkach 7 i 8.

Rysunek 7. Optyczno-akustyczny przełącznik oszczędzania energii EV-05

Rysunek 8. Lampa EVS-01 z wbudowanym przełącznikiem optyczno-akustycznym

Cena takich przełączników jest zwykle niższa niż przełączników z czujnikiem podczerwieni, więc można je polecić do stosowania w budownictwie mieszkaniowym i usługach komunalnych, chociaż nie wyklucza to instalacji czujników podczerwieni.

Czytaj także:Jak wybrać, skonfigurować i podłączyć przekaźnik foto do oświetlenia zewnętrznego lub wewnętrznego