Датчик движения описание работы

Пироэлектрический инфракрасный (PIR) датчик движения и Arduino

PIR (пассивные инфракрасные датчики) сенсоры позволяют улавливать движение.

Очень часто используются в системах сигнализации. Эти датчики малые по габаритам, недорогие, потребляют мало энергии, легки в эксплуатации, практически не подвержены износу. Кроме PIR, подобные датчики называют пироэлектрическими и инфракрасными датчиками движения.

Пирлоэлектрический датчик движения — общая информация

ПИР датчики движения по сути состоят из пироэлектрического чувствительного элемента (цилиндрическая деталь с прямоугольным кристаллом в центре), который улавливает уровень инфракрасного излучения. Все вокруг излучает небольшой уровень радиации. Чем больше температура, тем выше уровень излучения.

Датчик фактически разделен на две части. Это обусловлено тем, что нам важен не уровень излучения, а непосредственно наличие движение в пределах его зоны чувствительности.

Две части датчика установлены таким образом, что если одна половина улавливает больший уровень излучения, чем другая, выходной сигнал будет генерировать значение high или low.

Сам модуль, на котором установлен датчик движения, состоит также из дополнительной электрической обвязки: предохранители, резисторы и конденсаторы. В большинстве недорогих пир-датчиков используются недорогие чипы BISS0001 («Micro Power PIR Motion Detector IC»). Этот чип воспринимает внешний источник излучения и проводит минимальную обработку сигнала для его преобразования из аналогового в цифровой вид.

Одна из базовых моделей пироэлектрических датчиков подобного класса выглядит так:

ПИР датчики отлично подходят для проектов, в которых необходимо определять наличие или отсутствие человека в пределах определенного рабочего пространства. Помимо перечисленных выше достоинство подобных датчиков, они имеют большую зону чувствительности. Однако учтите, что пироэлектрические датчики не предоставят вам информации о том, сколько человек вокруг и насколько близко они находятся к датчику. Кроме того, сработать они могут и на домашних питомцев.

Общая техническая информация

Эти технические характеристики относятся к PIR датчикам, которые продаются в магазине Adafruit. Принцип работы аналогичных датчиков похожий, хотя технические характеристики могут отличаться. Так что прежде чем работать с ПИР-датчиком, ознакомьтесь с его даташитом.

• Форма: Прямоугольник;
• Цена: около 10.00 долларов в магазине Adafruit;
• Выходной сигнал: цифровой импульс high (3 В) при наличии движения и цифровой сигнал low, когда движения нет. Длина импульса зависит от резисторов и конденсаторов на самом модуле и разная в различных датчиках;
• Диапазон чувствительности: до 6 метров. Угол обзора 110° x 70°;
• Питание: 3В — 9В, но наилучший вариант — 5 вольт;
• BIS0001 (даташит);
• RE200B (даташит);
• NL11NH (даташит);
• Parallax (даташит).

Ссылки для заказа оборудования, которое используется в статье в дальнейшем из Китая

>Для заказа с Aliexpress:

Принцип работы пироэлектрических (PIR) датчиков движения

PIR датчики не такие простые как может показаться на первый взгляд. Основная причина — большое количество переменных, которые влияют на его входной и выходной сигналы. Чтобы объяснить основы работы ПИР датчиков, мы используем рисунок, приведенный ниже.

Пироэлектрический датчик движения состоит из двух основных частей. Каждая из частей включает в себя специальный материал, чувствительный к инфракрасному излучению. В данном случае линзы особо не влияют на работу датчика, так что мы видим два участка чувствительности всего модуля. Когда датчик находится в состоянии покоя, оба сенсора определяют одинаковое количество излучения.

Например, это может быть излучение помещения или окружающей среды на улице. Когда теплокровный объект (человек или животное), проходит мимо, он пересекает зону чувствительности первого сенсора, в результате чего  на модуле ПИР датчика генерируются два различных значения излучения. Когда человек покидает зону чувствительности первого сенсора, значения выравниваются.

Именно изменения в показаниях двух датчиков регистрируются и генерируют импульсы HIGH или LOW на выходе.

Конструкция PIR датчика

Чувствительные элементы ПИР датчика устанавливается в металлический герметический корпус, который защищает от внешних шумов, перепадов температур и влажности. Прямоугольник в центре сделан из материала, который пропускает инфракрасное излучение (обычно это материал на основе силикона). За этой пластиной устанавливаются два чувствительных элемента.

Рисунок из даташита Murata:

Рисунок из даташита RE200B:

На рисунке из даташита RE200B видно два чувствительных элемента:

На рисунке выше приведена внутренняя схема подключения.

Линзы

Инфракрасные датчики движения практически одинаковые по своей структуре. Основные отличия — чувствительность, которая зависит от качестве чувствительных элементов. При этом значительную роль играет оптика.

На рисунке выше приведен пример линзы из пластика. Это значит, что диапазон чувствительности датчика представляет из себя два прямоугольника. Но, как правило, нам нужно обеспечить большие углы обзора.

Для этого можно использовать линзы, подобные тем, которые используются в фотоаппаратах. При этом линза для датчика движения должна быть маленькая, тонкая и изготавливаться из пластика, хотя он и добавляет шумы в измерения.

Линзы Френеля концентрируют излучение, значительно расширяя диапазон чувствительности пиродатчиков (рисунок с BHlens.com)

Рисунок из Cypress appnote 2105:

Теперь у нас есть значительно больший диапазон чувствительности. При этом мы помним, что у нас два чувствительных элемента и нам нужны не столько два больших прямоугольника, сколько большое количество маленьких зон чувствительности. Для этого линза разделяется на несколько секций, каждая из которых представляет из себя отдельную линзу Френеля.

На рисунке ниже можно увидеть отдельные секции — линзы Френеля:

На этом макроснимке обратите внимание, что фактура отдельных линз отличается:

В результате формируется целый набор чувствительных участков, которые взаимодействуют между собой.

Рисунки из даташита NL11NH:

Рисунок из IR-TEC:

Подключение PIR датчика движения

Большинство модулей с инфракрасными датчиками движения имеют три коннектора на задней части. Распиновка может отличаться, так что прежде чем подключать, проверьте ее! Обычно рядом с коннекторами сделаны соответсвующие надписи.

Один коннектор идет к земле, второй выдает интересующий нас сигнал с сенсоров, третий — земля. Напряжение питания обычно составляет 3-5 вольт, постоянный ток. Однако иногда встречаются датчики с напряжением питания 12 вольт. В некоторых больших датчиках отдельного пина сигнала нет.

Вместо этого используется реле с землей, питанием и двумя переключателями.

В нашем случае красный кабель соответсвует питанию, черный — земле, а желтый — сигналу. Если вы подключите кабели неправильно, датчик не выйдет из строя, но работать не будет.

Тестирование PIR датчика движения

Соберите схему в соответсвии с рисунком выше. В результате, когда PIR датчик обнаружит движение, на выходе сгенерируется сигнал HIGH, который соответсвует 3.3 В и светодиод загорится.

При этом учтите, что пироэлектрический датчик должен 'стабилизироваться'. Установите батарейки и подождите 30-60 секунд. На протяжении этого времени светодиод может мигать. Подождите, пока мигание закончится и можно начинать махать руками и ходить вокруг датчика, наблюдая за тем, как светодиод зажигается!

Настройка перезапуска датчика

У пироэлектрического датчика движения есть несколько настоек. Первой мы рассмотрим 'перезапуск'.

После подключения, посмотрите на заднюю поверхность модуля. Коннекторы должны быть установлены в левом верхнем углу L, как это показано на рисунке ниже.

Обратите внимание, что при таком варианте подключения, светодиод не горит постоянно, а включается-выключается, когда вы двигаетесь возле него. Это опция 'без перезапуска' (non-retriggering).

Теперь установите коннектор в позицию H. После тестирования окажется, что светодиод горит постоянно, если кто-то движется в пределах зоны чувствительности датчика. Это режим 'перезапуск'.

Рисунок ниже из даташита датчика BISS0001:

Для большинства случаев режим 'перезапуск' (коннектор в позиции H кк это показано на рисунке ниже) лучше.

Настраиваем чувствительность

На многих инфракрасных датчиках движения, в том числе и у компании Adafruit, установлен небольшой потенциометр для настройки чувствительности. Вращение потентенциометра по часовой стрелке добавляет чувствительность датчику.

Изменение времени импульса и времени между импульсами

Когда мы рассматривает PIR датчики, важны два промежутка времени 'задержки'. Первый отрезок времени -Tx: как долго горит светодиод после обнаружения движения. На многих пироэлектрических модулях это время регулируется встроенным потенциометром. Второй отрезок времени — Ti: как долго светодиод гарантированно не загорится, когда движения не было. Изменять этот параметр не так просто, для этого может понадобится паяльник.

Давайте взглянем на даташит BISS:

На датчиках от Adafruit есть потенциометр, отмеченный как TIME. Это переменный резистор с сопротивлением 1 мегаом, который добавлен к резисторам на 10 килоом. Конденсатор C6 имеет емкость 0.01 микрофарат, так что:

Tx = 24576 x (10 кОм + Rtime) x 0.01 мкФ

Когда потенциометр Rtime в 'нулевом' — полностью повернут против часовой стрелки — положении (0 мегаом):

Tx = 24576 x (10 кОм) x 0.01 мкФ = 2.5 секунды (примерно)Когда потенциометр Rtime полностью повернут по часовой стрелке (1мегаом):

В средней позиции RTime время будет составлять около 120 секунд (две минуты). То есть, если вы хотите отслеживать движение объекта с частотой раз в минуту, поверните потенциометр на 1/4 поворота.

Для более старых/других моделей PIR датчиков

Если на вашем датчике нет потенциометров, можно провести настройку с помощью резисторов.

Нас интересуют резисторы R10 и R9. К сожалению, китайцы умею многое. В том числе и путать надписи. На рисунке выше приведен пример, на котором видно, что перепутаны R9 с R17. Отследить подключение по даташиту. R10 подключен к 3 пину, R9 — к 7 пину.

Например:

Tx is = 24576 * R10 * C6 = ~1.2 секунд

R10 = 4.7K и C6 = 10 нанофарад

и

Ti = 24 * R9 * C7 = ~1.2 секунд

R9 = 470K и C7 = 0.1 микрофарад

Вы можете изменить время задержки установив различные резисторы и конденсаторы.

Подключение PIR датчика движения к Arduino

Напишем программу для считывания значений с пироэлектрического датчика движения. Подключить PIR датчик к микроконтроллеру просто. Датчик выдает цифровой сигнал, так что все, что вам необходимо — считывать с пина Arduino сигнал HIGH (рбнаружено движение) или LOW (движения нет).

При этом не забудьте установить коннектор в позицию H!

Подайте питание 5 вольт на датчик. Землю соежинети с землей. После этого соедините пин сигнала с датчика с цифровым пином на Arduino. В данном примере использован пин 2.

Программа простая. По сути она отслеживает состояние пина 2. А именно: какой на нем сигнал: LOW или HIGH. Кроме того, віводится сообщение, когда состояние пина меняется: есть движение или движения нет.

/*

* проверка PIR датчика движения

*/

int ledPin = 13;  // инициализируем пин для светодиода

int inputPin = 2;  // инициализируем пин для получения сигнала от пироэлектрического датчика движения

int pirState = LOW;  // начинаем работу программы, предполагая, что движения нет

int val = 0;  // переменная для чтения состояния пина

void setup() {

pinMode(ledPin, OUTPUT);  // объявляем светодиод в качестве  OUTPUT

pinMode(inputPin, INPUT);  // объявляем датчик в качестве INPUT

Serial.begin(9600);

}

void loop(){

val = digitalRead(inputPin);  // считываем значение с датчика

if (val == HIGH) {  // проверяем, соответствует ли считанное значение HIGH

digitalWrite(ledPin, HIGH);  // включаем светодиод

if (pirState == LOW) {

// мы только что включили

Serial.println(«Motion detected!»);

// мы выводим на серийный монитор изменение, а не состояние

pirState = HIGH;

}

} else {

digitalWrite(ledPin, LOW); // выключаем светодиод

if (pirState == HIGH){

// мы только что его выключили

Serial.println(«Motion ended!»);

// мы выводим на серийный монитор изменение, а не состояние

pirState = LOW;

}

}

}

Не забудьте, что для работы с пироэлектрическим датчиком не всегда нужен микроконтроллер. Порой можно обойтись и простым реле.

Источник: http://arduino-diy.com/arduino-piroelektricheskiy-infrakrasnyy-PIR-datchik-dvizheniya

Схемы датчиков движения: виды, устройство, подключение и принцип работы

Датчики движения являются одним из основных элементов систем охранной сигнализации. Они фиксируют малейшие перемещения физического объекта, оказавшегося в зоне контроля такого датчика, и своим срабатыванием активируют подачу сигнала тревоги.

По своей конструкции такой датчик – это реле, реагирующее на движение,  и поэтому такие устройства получили широкое распространение в системах автоматического управления светом. Существуют датчики движения, работа которых основана на разных физических принципах, поэтому схема датчика движения может отличаться.

Все устройства такого типа очень компактны, отличаются хорошим дизайном и вписываются в интерьер любого помещения.

Устройство, виды и особенности датчиков движения

Существуют и широко применяются следующие типы датчиков движения:

1. Радиоволновые;
2. Ультразвуковые;
3. Инфракрасные;
4. Гибридные.

Радиоволновые или СВЧ датчики работают на доплеровском эффекте. Основными элементами такого датчика являются излучатель СВЧ сигнала и приёмник отражённого сигнала. Если в поле излучения перемещается какой-либо объект, то частота отражённого сигнала меняется.

Электронная схема обрабатывает разницу между прямым и отражённым сигналом и переключает реле, которое может включить сирену или подать сигнал тревоги. Радиоволновые датчики движения отличаются высокой чувствительностью, но стоят достаточно дорого.

В детских и лечебных учреждениях микроволновые датчики не применяются из-за СВЧ излучения, несмотря на то, что уровень его минимален и абсолютно безвреден. Из-за высокой чувствительности радиоволновые датчики подвержены ложным срабатываниям.

Ультразвуковые датчики так же используют эффект Доплера, только вместо колебаний высокой частоты в таких системах применяется ультразвук.

Кроме того, ультразвуковые датчики имеют небольшой радиус действия и их можно обмануть если  передвигаться медленно.

В охранной сигнализации и системах автоматического управления освещением чаще всего применяются инфракрасные объёмные датчики движения. Тепловое (инфракрасное) излучение объекта, который проходит в зоне захвата датчика, через линзу Френеля попадает на ИК-сенсор, после чего на выходе электронной схемы формируется сигнал тревоги (происходит разрыв цепи).

Устройство ИК датчика движения

Вследствие невысокой стоимости такие устройства широко применяются для автоматического управления освещением, например, в подъезде, когда при появлении человека освещение включается на 1-3 минуты, а затем выключается. Для управления светом на стоянке или придомовой территории используются уличные датчики движения.

Гибридные или комбинированные датчики движения представляют собой два датчика разной конструкции, размещённые в одном корпусе и подключаемые к различным входам прибора охранной сигнализации. Обычно в одном корпусе объединяют инфракрасный и радиоволновой датчики движения.

Применение таких устройств повышает надёжность охранной системы. Они могут использоваться в банках, депозитариях и денежных хранилищах. Схема включения датчика движения для сигнализации позволяет подавать тревожный сигнал и управлять работой сирены или прожектора.

  Датчики движения могут иметь следующие основные характеристики:

• Чувствительность;
• Наличие антисаботажной зоны;
• Объём зоны захвата по горизонтали и вертикали;
• Напряжение питания.

Датчики движения с постоянной чувствительностью не рекомендуется применять в квартирах, где имеются домашние животные, иначе, при отсутствии хозяев, на каждый проход кошки будет включаться сигнал тревоги. Величину порога срабатывания можно регулировать, в зависимости от конструкции, плавно или специальными перемычками на плате. Так же существуют модели датчиков, которые не реагируют на животных.

Антисаботажная зона – это дополнительная зона захвата направленная от датчика вертикально вниз и блокирующая попытку вывести прибор из строя. В паспорте указывается угол обзора датчика в градусах и размеры зоны гарантированного срабатывания.

Все датчики независимо от конструкции подключаются к типовым устройствам, поэтому схема подключения датчика движения всегда одинакова, а их  напряжение питания обычно равно 12V. На корпусе, обычно, установлен светодиод, индицирующий режим ожидания или срабатывания.

Типовая схема детектора движения

Все модели объёмных инфракрасных датчиков движения по схемотехнике и конструкции похожи между собой. Отличия могут быть в некоторых электрических параметрах и дизайне корпуса. Схема датчика движения состоит из следующих элементов:

• ПИК сенсор;
• Операционный усилитель;
• Схема термокомпенсации;
• Компаратор;
• Реле.

Пассивный Инфракрасный Сенсор фиксирует температуру постороннего объекта оказавшегося в зоне захвата. Сигнал усиливается операционным усилителем и поступает на компаратор, который сравнивает сигнал соответствующий температуре окружающей среды и сигнал, поступивший с ПИК сенсора. Разница в уровнях сигналов означает наличие теплового фона постороннего объекта. Разностный потенциал вызывает срабатывание реле, контакты которого могут использоваться для включения различных устройств.

Принцип действия инфракрасного датчика движения

Если температура в помещении приближается к температуре человеческого тела, что может нарушить работу устройства, включается система термокомпенсации. Популярная модель инфракрасного датчика движения Colt 10 DP имеет следующие основные характеристики:

• Зона обнаружения объекта – 10 метров 90°;
• Не реагирует на животных до 10 кг;
• 3 установки чувствительности;
• Цифровая схема термокомпенсации;
• Не восприимчив к электромагнитному излучению до 50 В/м;
• Имеет защиту от статического электричества;
• Напряжение питания – 9-16 В;
• Диапазон рабочих температур -25… + 60°С.

В схеме датчика установлено твердотельное реле, с помощью которого можно управлять внешними устройствами.

На рисунке ниже представлена типовая схема датчика движения на примере LX-02.

Схема типового детектора движения на примере LX02

Подключение датчика движения для освещения

Невысокая стоимость и надёжность инфракрасных датчиков движения позволяет использовать их для автоматического включения освещения. Схема датчика движения для освещения состоит из тех же элементов, что и традиционный охранный датчик. Основу его составляет элемент чувствительный к инфракрасному излучению.

Электронная схема обрабатывает сигнал и через реле управляет источником освещения. Такие системы широко используются в подъездах многоэтажных домов, когда освещение включается только при появлении в помещении человека. Через определённое время свет автоматически выключается.

Схема подключения датчика движения для освещения очень проста, и вполне может быть выполнена самостоятельно.

Подключение ИК датчика движения, используемого для включения света

Под задней крышкой датчика движения расположена колодка с тремя клеммами, которые подписаны буквами «L», «N» и «A». Клемма «L» подключается к фазовому проводу сети, который нужно определить с помощью отвёртки-индикатора.

На клемму «N» подаётся нулевой провод, а источник освещения подключается между клеммами «N» и «A», то есть реле датчика движения управляет фазой, а ноль подаётся постоянно.

Датчики движения для включения света так же могут использоваться как элемент охраны загородного дома, когда при проникновении нарушителя, включается прожектор и сирена.

Подключение датчика с выключателем

Для того чтобы источником освещения можно было управлять как через автомат так и вручную к схеме добавляется выключатель. Подключение датчика движения через выключатель выполняется очень просто. Сетевое напряжение 220 вольт так же подаётся на клеммы «L» и «N», а между клеммами «L» и «A» ставится обычный двухпозиционный выключатель.

Схема включения датчика для сигнализации

Практически все модели датчиков движения, независимо от принципа работы, подключаются к приёмно-контрольному прибору (ПКП) охранной сигнализации по типовой схеме. Для того чтобы открыть доступ к панели подключения необходимо снять декоративную крышку. Под ней находится плата электроники и колодка из трёх сдвоенных клемм:

• Питание — +12 В и «Общий»;
• Реле – N,C;
• Тампер – T,T.

Подключение ИК датчика движения с системой сигнализации

На клеммы питания подаётся питающее напряжение от блока питания или прибора охранной GSM сигнализации. Клеммы реле не полярные и в режиме ожидания они замкнуты.

При появлении физического объекта в зоне обнаружения, его тепловое излучение принимает ПИК сенсор, что вызывает срабатывание реле и цепь размыкается. Это влечёт за собой включение сигнала тревоги приёмно-контрольного прибора.

На самом приборе можно выбрать режим с самовосстановлением, когда прекращение действия источника излучения переводит датчик движения в режим ожидания и сигнал тревоги отключается автоматически.

При другом режиме сигнал тревоги подаётся постоянно до нажатия кнопки «Сброс» на базовом блоке охранной системы. Схема подключения датчика движения к сигнализации подразумевает защиту устройства от несанкционированного вскрытия корпуса. Для этого в конструкции датчика предусмотрен микровыключатель, контакты которого выведены на клеммы «Тампер».

Монтаж датчика выполняется с помощью специального кронштейна, которым можно выбрать ориентацию сенсора по горизонтали и вертикали. Датчик нельзя направлять на окна, источники искусственного освещения и на устройства, генерирующие сильное электромагнитное излучение.

В быту к таким устройствам относятся, прежде всего, микроволновые печи.

Источник: http://nabludaykin.ru/tipovye-sxemy-datchikov-dvizheniya/

Инфракрасный датчик движения: оптическая схема и блок обработки сигналов

Среди большого многообразия охранных извещателей, инфракрасный датчик движения является самым распространенным устройством. Доступная цена и эффективность, вот качества, обеспечившие им популярность. А все благодаря тому, что в начале девятнадцатого века обнаружили инфракрасное излучение.

Оно находится за границей видимого красного света в диапазоне 0,74-2000 мкм. Оптические свойства веществ сильно различаются и зависят от типа облучения. Небольшой слой воды является непрозрачным для ИК излучения. Инфракрасное излучение солнца составляет 50 процентов всей излучаемой энергии.

Область применения

Инфракрасные датчики движения для охраны применяются давно. Они фиксировали перемещения теплых объектов в помещениях, и передавали сигнал тревоги на контрольную панель. Их стали совмещать с видеокамерами и фотоаппаратами. При нарушении происходила фиксация происшествия. Потом область применения расширилась. Зоологи стали применять в фотоловушках для контроля исследуемых животных.

Больше всего ИК датчики применяются в системе умный дом, где играют роль сенсора присутствия. При попадании теплокровного объекта в область действия устройства, оно включает освещение в помещении или на улице. Экономится электричество и облегчается жизнь людям.

Инфракрасный датчик движения для освещения

В системах контроля доступа извещатели движения управляют открыванием и закрыванием дверей общественных сооружений. По расчетам экспертов рынок ИК сенсоров будет расти на 20% ежегодно ближайшие 3-5 лет.

Принцип работы ИК датчика движения

Работа ИК извещателя заключается в контроле инфракрасного излучения определенной области, сравнении его с фоновым уровнем, и по результатам анализа выдачи сообщения.

ИК датчики движения для охраны используют активные и пассивные виды сенсоров. Первые для контроля используют собственный передатчик, облучающие все в зоне действия устройства.

Приемник получает отраженную часть ИК излучения и по его характеристикам определяет, было нарушение зоны охраны или нет.

Зона действия инфракрасного датчика

Пассивный инфракрасный датчик движения не имеет излучателя, он реагирует на изменение окружающего ИК излучения. В общем случае, извещатель имеет два чувствительных элемента, способных фиксировать инфракрасное излучение. Перед сенсорами устанавливается линза Френеля, разбивающая пространство на несколько десятков зон.

Маленькая линза собирает излучение с конкретного участка пространства и посылает на свой чувствительный элемент. Соседняя линза, контролирующая смежный участок посылает поток излучения на второй сенсор. Излучения соседних участков примерно одинаковы. При нарушении баланса, превышении какого-то порогового значения, прибор извещает контрольную панель о нарушении зоны охраны.

Схема ИК датчика

Каждый производитель имеет уникальную принципиальную схему ИК извещателя, но функционально они примерно одинаковы.

Устройство инфракрасного датчика

ИК датчик имеет оптическую систему, пирочувствительный элемент, блок обработки сигналов.

Оптическая система

Рабочая область современных датчиков движения весьма разнообразна благодаря различным формам оптической системы. От устройства расходятся лучи в радиальном направлении в различных плоскостях.

Так как извещатель имеет сдвоенный сенсор, то все лучи раздваиваются.

Сенсор инфракрасного датчика

Оптическая система ориентируется таким образом, что будет контролировать только одну плоскость или несколько плоскостей на разных уровнях. Может контролировать пространство вкруговую или по лучу.

При построении оптики ИК-датчиков часто используются линзы Френеля, представляющих множество призматических фасеток на выпуклой пластиковой чашке. Каждая линза собирает ИК поток со своего участка пространства и отправляет на ПИР элемент.

Конструкция оптической системы такова, что избирательность по всем линзам одинакова. Чтобы защититься от собственного тепла элементов, насекомых в устройстве устанавливается герметичная камера. Редко используется зеркальная оптика. Это значительно повышает дальность действия устройства и цену прибора.

Роль сенсора в ИК датчике играет пироэлектрический преобразователь на чувствительных полупроводниковых элементах. Он состоит из двух сенсоров. На каждый из них от двух соседних лучей поступает поток излучения. При одинаковом равномерном фоне сенсор молчит. При возникновении дисбаланса, в одной зоне появляется дополнительный источник тепла, а в другой нет, сенсор срабатывает.

Для повышения надежности и уменьшения ложных срабатываний в последнее время стали применять счетверенные ПИР элементы. Это увеличило чувствительность и помехозащищенность прибора. Но уменьшило расстояние уверенного распознавания нарушителя. Для решения этого приходится использовать прецизионную оптику.

Блок обработки сигналов

Главной задачей блока является надежное распознавание человека на фоне помех.

Они бывают самые разнообразные:

1. солнечное излучение;
2. искусственные ИК источники;
3. кондиционеры и холодильники;
4. животные;
5. конвекция воздуха;
6. электромагнитные помехи;
7. вибрация.

Блок обработки для анализа использует амплитуду, форму и длительность выходного сигнала пироэлектрического преобразователя. Воздействие нарушителя вызывает симметричный двухполярный сигнал. Помехи выдают несимметричные значения на обрабатывающий модуль. В простейшем варианте сравнивается амплитуда сигнала с пороговым значением.

Распознавание животных инфракрасным датчиком

При превышении порога извещатель сообщает об этом, подавая определенный сигнал на контрольную панель. В более сложных датчиках измеряется длительность превышения порога, количество этих превышений. Для повышения помехозащищенности прибора используется автоматическая термокомпенсация. Она обеспечивает постоянную чувствительность во всем диапазоне температур.

Обработка сигнала осуществляется аналоговыми и цифровыми устройствами. В новейших устройствах начали применять цифровые алгоритмы обработки сигнала, что позволило улучшить избирательность прибора.

Эффективность использования ИК извещателя в охранной сигнализации

От правильности выбора вида сенсора, расположения на объекте охраны во многом зависит его эффективность. Пассивные ИК датчики движения уличные и внутреннего применения реагируют на перемещения теплых по сравнению с фоном объектов при определенных скоростях перемещения. При маленькой скорости движения, изменения потоков инфракрасного излучения в соседних секторах настолько незначительны, что он воспринимается, как фоновый дрейф, и не реагирует на нарушение зоны охраны.

Если нарушитель облачится в защитный костюм с отличной теплоизоляцией, то ИК датчик движения не отреагирует, не будет нарушения баланса излучения в соседних зонах. Человек сольется с фоновым излучением.

Нарушитель двигается вдоль лучей извещателя движения с малой скоростью, в этом случае он нередко молчит.

Схема работы инфракрасного датчика движения

Важно правильно установить инфракрасный датчик. Требуется по конфигурации здания применять устройство типа «шторка», следует так и делать. Производитель рекомендует монтаж прибора на определенной высоте, надо соблюсти и это.

Для повышения эффективности работы инфракрасных датчиков их применяют совместно с сенсорами, работающими на других принципах.

Обычно, дополнительно придается радиоволновой извещатель с высокой чувствительностью, что снижает процент ложных срабатываний и повышает надежность охранной сигнализации. При защите окон от проникновения дополнительно устанавливается ультразвуковой извещатель, реагирующий на разбитие стекла.

Заключение

Постепенно ИК датчики усложняются, повышается их чувствительность, улучшается избирательность. Сенсоры находят широкое распространение в системах «умный дом», видеонаблюдения, контроль доступа. Совместное использование с различными устройствами повысило потребительские свойства датчиков. Им уготована долгая жизнь.

: Датчик движения, принцип работы

Источник: https://bezopasnostin.ru/ohrannaya-signalizatsiya/printsip-raboty-i-naznachenie-infrakrasnogo-datchika-dvizheniya.html

Ик датчик движения: особенности работы, принцип действия, использование в повседневной жизни

Устройства, которые определяют наличие перемещений в своей зоне действия, называют датчиками движения. Их чаще всего используют для создания охранных сигнализаций и систем. Самым распространённым из таких приборов является ИК-датчик движения. Он реагирует на невидимые человеческому глазу инфракрасные волны и, сравнивая их уровень с фоновым, подаёт сигнал о появлении их источника — например, человека.

Каждый объект, излучающий тепло, вырабатывает инфракрасное излучение. В фиксировании этого процесса заключается принцип работы датчика движения. Он сравнивает уровень излучения на конкретном участке с фоновым и при достижении определённой разницы между ними подаёт сигнал соединённой с ним аппаратуре, будь то выключатель лампы или сигнализация.

Важной деталью в этом процессе является правильный диапазон чувствительности устройства. Если он слишком высокий, то датчик может срабатывать ложно — например, на тёплый воздух. Если же показатель ниже, чем нужно, то прибор не среагирует даже тогда, когда в поле его действия появится человек.

Устройство прибора

Простейший ИК-датчик состоит из двух небольших линз Френеля — сложных составных конструкций из множества призматических фасеток, образующих выпуклую чашу.

Они собирают информацию о тепловых волнах с конкретного участка и передают её подсоединённым к ним чувствительным сенсорам. Обычно полученные обеими линзами данные примерно одинаковы — это значит, что движения нет.

Если же между ними появляется существенная разница, то в «поле зрения» детектора появился человек или другой объект, излучающий большое количество тепла.

На деле устройство с двумя линзами будет непрактичным из-за слишком низкой чувствительности. В современных моделях датчиков их установлено по несколько десятков — от 20 до 60.

Точные схемы детекторов движения отличаются у разных производителей, но их примерное устройство похоже. Прибор состоит из следующих элементов:

• Оптическая система. Включает в себя множество линз, которые в зависимости от модели устройства могут быть разных форм и размеров, необходимых для покрытия нужного участка пространства. Отделена от прочих элементов системы герметической камерой, чтобы избежать воздействия вырабатываемого ими тепла. Может контролировать одну или несколько плоскостей пространства, а также делать это вкруговую или по лучу.
• Сенсор. Чаще всего им является пироэлектрический элемент, но иногда встречаются модели с термопарами, микроболометрами и полупроводниками. Регистрирует показания, полученные от оптической системы, и при возникновении в них неоднородности подаёт сигнал необходимому прибору.
• Блок обработки сигнала. Анализирует длину, амплитуду и форму помех в инфракрасном излучения, чтобы предотвратить ложные срабатывания. Их могут вызвать такие факторы, как солнечный свет, вибрация, электромагнитные волны, движения животных, тепло бытовых приборов или электроники и даже перемещение потоков воздуха. Более простые блоки обработки всего лишь «отсеивают» слишком слабые сигналы, в то время как сложные версии устройств анализируют длительность и частоту неоднородностей и на их основании определяют, помехи это или нет.

Стоит отметить, что всё, в чём заключается принцип действия датчика движения — это получение информации о наличии в его зоне действия человека. Поэтому он почти никогда не используется без подключения к другим устройствам, которые эту информацию используют. Ими могут быть такие приборы:

• сигнализация, включающая тревогу;
• охранные системы, отправляющие уведомление владельцу датчика и службе безопасности;
• лампы, подсветка бассейна и прочие осветительные приборы, которые включаются или выключаются в зависимости от наличия в их зоне действия людей;
• климатическая техника, изменяющая свои параметры по такому же принципу.

Чаще всего продаются ИК датчики тоже не самостоятельно, а в комплекте с охранными системами или другой техникой.

Но бывают и исключения — тогда подключать и настраивать устройства придётся самостоятельно. Пользователю для этого будет предоставлен доступ к личному кабинету на сайте и в мобильном приложении, откуда он сможет задать параметры взаимодействия приборов.

Плюсы и минусы

Детекторы движения, которые реагируют на инфракрасное излучение, конкурируют с ультразвуковыми, микроволновыми и комбинированными датчиками. У каждого из них имеются свои плюсы и минусы, позволяющие каждому типу оставаться на рынке. Среди преимуществ ИК датчиков можно выделить такие их особенности:

• Абсолютная безопасность для здоровья. Устройство не генерирует никаких волн, а только принимает их от окружающих объектов и анализирует. Это выгодно выделяет его на фоне приборов, которые подвергают помещение пусть и небольшому, но постоянному воздействию ультразвука (он безопасен для человека, но может вызвать дискомфорт или даже серьёзные проблемы со здоровьем у домашних животных) или СВЧ-излучения.
• Возможность точной настройки расстояния и угла, под которым должен находиться движущийся объект для подачи сигнала.
• Возможность работы на улице. Датчик реагирует только на объекты, создающие разницу температур.

Есть у него и существенные недостатки. К ним можно отнести такие свойства:

• Высокая вероятность ложных срабатываний от безобидных воздействий.
• Зависимость от окружающей среды. Датчик не может эффективно работать при слишком высокой или низкой температуре — выше +50 °C или ниже -35 °C.
• Возможность обмануть детектор. Если перед ним двигаться очень медленно, то прибор может посчитать возникшие от этого колебания в инфракрасном излучении помехами. Кроме того, датчик не видит объекты, покрытые не пропускающими ИК-излучения материалами или обладающие отличной теплоизоляцией и сливающиеся с температурным фоном.

При всех этих плюсах и минусах он относится к средней ценовой категории — дешевле, чем СВЧ-детекторы, но дороже ультразвуковых.

Иногда ИК датчик совмещается с ними в комбинированные устройства, чтобы разные типы улавливателей излучения могли покрыть недостатки и слабые места друг друга.

Сферы использования

Среди всех этих видов датчиков именно инфракрасные наиболее распространены — и судя по аналитике, их рынок будет только расти. Устройства довольно часто встречаются в повседневной жизни и используются в следующих сферах деятельности:

• производство электроники, в том числе сенсорных телефонов и планшетов, игровых консолей и умных часов;
• установка систем автоматического открывания дверей в домах и общественных зданиях;
• автомобилестроение — датчики входят в конструкции подушек безопасности, систем для облегчения маневрирования при парковке и автомобилей с системами автоматического управления;
• здравоохранение;
• оборонное производство;
• строительство самолётов.

Но наибольшая их доля приходится на системы безопасности различного рода и контроль за системами умного дома.

Охрана помещений

Установка ИК детектора движения — очень распространённый способ узнать о проникновении нарушителей в жилой дом или на любую другую территорию. Для этого его подключают к охранным системам, которые помогут предотвратить дальнейший ущерб и оповестить о нарушении границ собственности не только её владельца, но и правоохранительные органы, охрану и службы безопасности.

В зависимости от настроек охранная система может послать владельцу СМС, электронное письмо, уведомление или даже позвонить при получении сигнала от прибора. Кроме того, ею могут быть активированы дополнительные защитные механизмы: включение сигнализации или оповещателя, закрытие автодверей и блокировка замков, выключение света или полное обесточивание помещения.

Эффективность такой охраны во многом зависит от правильности размещения инфракрасного сенсора на охраняемом периметре. Помимо покрытия всей территории, он должен располагаться на определённой высоте и под правильным углом, чтобы минимизировать шансы злоумышленника слиться с тепловым фоном. При установке также учитывается наличие козырьков, оконных и дверных рам, украшений — всё это может оказать воздействие на сенсор при его неправильном монтаже.

Кроме того, для охранных датчиков очень важно наличие антисаботажной системы, которая активирует сигнал и оповещает владельца, если кто-то попытался сломать устройство или оказать воздействие на его радиус обзора.

Системы «умного дома»

Помимо использования в охранной сфере, инфракрасные датчики движения широко применяются для автоматизации освещения и регуляции температуры в жилых домах, офисах и прочих помещениях, где часто бывают люди.

Они получают информацию об изменении внешней среды — например, о появлении в зоне действия датчика излучения, вызванного теплом человеческого тела — и передают её другим устройствам, которыми могут быть лампы, кондиционеры, системы для открытия дверей и прочие полезные в быту устройства.

Они реагируют на сигнал и изменяют свои параметры соответствующим образом.

По подсчётам зарубежной компании исследования рынка Markets and Markets, которые были проведены в 2015 году, автоматизация техники с помощью датчиков снижает траты на освещение на 60—70%, а общий расход электроэнергии — на 40%.

В зависимости от типа отслеживающего устройства, его возможности фиксировать длительное присутствие и реагировать на движения, оно может как просто контролировать включение-выключение света, так и регулировать его яркость, цвет, мощность и прочие параметры.

Инфракрасный датчик движения в таких системах часто совмещают с другими типами отслеживающих устройств, например, с детектором света.

Такая комбинация позволяет поддерживать в определённом помещении один и тот же уровень освещённости в любое время суток, когда там кто-то находится.

В комплексах для автоматической регуляции климата, помимо детекторов ИК излучения, почти всегда присутствуют датчики температуры и другие механизмы, дополняющие друг друга для достижения лучших результатов.

Критерии выбора

Чтобы правильно выбрать инфракрасный датчик движения, необходимо сначала определить цель, для которой он будет использоваться. Для дома можно выбрать прибор с меньшим диапазоном рабочих температур, но с большим углом обзора. Для улицы устройство должно обладать определённым классом защиты — 55 или 65 — и быть защищённым от воздействия ветра, дождя и прочих факторов окружающей среды. Кроме того, стоит обратить внимание на следующие параметры:

• угол и дальность обнаружения неоднородностей в тепловом фоне;
• точность и удобство настройки параметров включения и выключения, например, промежуток времени срабатывания и порог чувствительности;
• потребление электричества, наличие энергосберегающей функции;
• сфера деятельности, под которую приспособлен датчик;
• эффективность как охранного устройства.

Немаловажную роль в выборе датчика движения играет и его финансовая доступность для покупателя. Однако стоит отметить, что в случае с этим прибором самый дорогой вариант всегда является лучшим: например, оснащённый зеркальной оптикой детектор с огромным радиусом действия будет не нужен при установке умного освещения в небольшой ванной, а сверхчувствительный датчик будет лишним на улице, где животные и машины будут провоцировать ложные срабатывания.

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/datchiki/princip-raboty-i-sfera-primeneniya-ik-datchika-dvizheniya.html