Принцип работы датчика движения. Датчики движения: виды, принцип работы и особенности применения

alexxlabДатчик
Как работают различные типы датчиков движения. Какие бывают датчики движения. Где применяются датчики движения. Как выбрать подходящий датчик движения. Преимущества и недостатки разных видов датчиков движения.

Содержание

Принцип работы датчиков движения

Датчики движения предназначены для обнаружения перемещения объектов в зоне своего действия. Основные типы датчиков движения работают по следующим принципам:

  • Инфракрасные (ИК) датчики регистрируют изменение теплового (инфракрасного) излучения при появлении движущегося объекта
  • Ультразвуковые датчики излучают звуковые волны и анализируют их отражение от объектов
  • Микроволновые датчики излучают электромагнитные волны и регистрируют их отражение
  • Комбинированные датчики сочетают несколько принципов обнаружения движения

Рассмотрим подробнее особенности работы каждого типа датчиков движения.

Инфракрасные датчики движения

Инфракрасные датчики являются наиболее распространенным типом датчиков движения. Как они работают?


  • В качестве чувствительного элемента используется пироэлектрик
  • При изменении температуры на пироэлектрике возникает электрическое поле
  • Появление теплого объекта (человека, животного) изменяет тепловой фон
  • Пироэлектрик реагирует на это изменением напряжения на выходе
  • Для определения движения используется оптическая система — линза Френеля
  • Линза фокусирует ИК-излучение на разных участках пироэлемента
  • Датчик срабатывает при получении нескольких последовательных сигналов

Основные преимущества ИК-датчиков:

  • Низкая стоимость
  • Простота конструкции
  • Отсутствие излучения (пассивный принцип)
  • Нечувствительность к мелким животным

Недостатки:

  • Ложные срабатывания при резких перепадах температуры
  • Снижение чувствительности при высоких температурах
  • «Слепые зоны» в области действия датчика

Ультразвуковые датчики движения

Принцип работы ультразвуковых датчиков основан на эффекте Доплера:

  • Датчик излучает ультразвуковые волны частотой 20-60 кГц
  • Волны отражаются от окружающих предметов
  • При появлении движущегося объекта частота отраженного сигнала изменяется
  • Датчик фиксирует это изменение и выдает сигнал о движении

Преимущества ультразвуковых датчиков:


  • Высокая чувствительность к мелким движениям
  • Способность обнаруживать движение за препятствиями
  • Нечувствительность к перепадам температуры

Недостатки:

  • Ложные срабатывания от движения воздуха, штор и т.п.
  • Сравнительно высокая стоимость
  • Возможность влияния на домашних животных

Микроволновые датчики движения

Микроволновые датчики работают по схожему с ультразвуковыми принципу:

  • Излучают электромагнитные волны СВЧ-диапазона (обычно 5.8 ГГц)
  • Анализируют отраженный сигнал
  • При появлении движения меняется частота отраженного сигнала
  • Датчик фиксирует это изменение и срабатывает

Основные преимущества микроволновых датчиков:

  • Высокая чувствительность и большая дальность действия
  • Способность обнаруживать движение через препятствия (стены, двери)
  • Нечувствительность к температуре и движению воздуха

Недостатки:

  • Высокая стоимость
  • Возможность ложных срабатываний от движущихся металлических предметов
  • Наличие электромагнитного излучения

Комбинированные датчики движения

Комбинированные датчики сочетают в себе несколько принципов обнаружения движения, обычно ИК + микроволновый. Это позволяет:


  • Повысить точность обнаружения движения
  • Снизить вероятность ложных срабатываний
  • Расширить возможности применения датчика

Недостатком является более высокая стоимость по сравнению с обычными датчиками.

Области применения датчиков движения

Датчики движения широко применяются в следующих сферах:

  • Охранные системы — обнаружение проникновения на охраняемую территорию
  • Управление освещением — автоматическое включение/выключение света
  • Автоматизация зданий — управление различными системами в зависимости от присутствия людей
  • Энергосбережение — отключение неиспользуемого оборудования
  • Системы «умный дом» — обеспечение комфорта и безопасности

Как выбрать датчик движения?

При выборе датчика движения следует учитывать следующие факторы:

  • Место установки (помещение/улица)
  • Требуемая зона обнаружения
  • Чувствительность и дальность действия
  • Устойчивость к ложным срабатываниям
  • Условия эксплуатации (температура, влажность)
  • Функциональные возможности
  • Стоимость

Для большинства бытовых применений оптимальным выбором будут пассивные ИК-датчики. Для более ответственных задач подойдут комбинированные или микроволновые датчики.


Заключение

Датчики движения являются эффективным инструментом для автоматизации, повышения безопасности и энергосбережения. Понимание принципов их работы и особенностей различных типов датчиков поможет сделать правильный выбор для конкретного применения. При грамотном подборе и установке датчики движения способны значительно повысить комфорт и безопасность как в жилых, так и в коммерческих помещениях.


Автономные датчики движения: виды, характеристики и применение

GSM Датчики движения на сегодняшний день являются эффективными устройствами, широко используемыми для организации систем безопасности частных домов или промышленных объектов. Автономные датчики движения, с сиреной или без, с автономным питанием, или без него, имеют многочисленные преимущества по сравнению с

проводными датчиками. Причина в том, что они могут устанавливаться абсолютно в любом месте, в том числе и на улице или в очень просторных помещениях, где прокладка проводов очень затруднительна.

Неоспоримые преимущества GSM датчиков движения с автономным питанием

Датчик движения с автономным питанием является довольно дорогим охранным устройством, позволяющим производить оповещение на профессиональном уровне. Передача сигнала выполняется по GSM каналу связи.

Часто такие датчики можно встретить в составе программируемых охранных систем. Они применяются для контроля территории и регистрируют любое происходящее на ней движение. После того, как

датчик фиксирует перемещение, автоматически включается передача информации на смартфон или охранный пульт.

Программируемая охранная система с видеокамерами даже способна дать пользователю возможность получить фото злоумышленника, попытавшегося или проникшего на территорию охраняемого объекта. Однако в продаже имеются также и отдельные автономные извещатели, характеризующиеся отличной эффективностью в работе.

В качестве источника питания в таких датчиках используются емкие батареи, которые отличаются продолжительным временем функционирования. Благодаря возможности производить максимально точные настройки, приборы способны реагировать только на конкретные объекты с определенными параметрами.

Такая функция позволяет исключить риск ложных срабатываний в случаях попадания в контролируемую зону небольших животных.

Делая выбор в пользу приобретения автономного детектора, будущие пользователи, исходят как правило, из следующих присущих ему

достоинств:

  • простота при установке и настройке, позволяющая самостоятельно монтировать автономный GSM датчик движения. Отсутствие необходимости в прокладке проводов обеспечивает существенную экономию времени и исключает необходимость проводить ремонт после монтажа устройства, что выливается в существенную экономию финансовых средств. Более того, подключение проводного регистратора по плечу далеко не каждому пользователю, поскольку его установка является более сложным делом;
  • все беспроводные комплекты оснащены необходимыми элементами, с помощью которых можно составить полную охранную систему. Как правило, входящие в их состав клавиатуры, брелоки и датчики уже настроены;
  • беспроводные детекторы движения и системы, в комплектацию которых они входят, характеризуются значительной дальностью передачи данных. Покупателю остается лишь рассчитать необходимые параметры и сделать выбор, учитывая масштабы охраняемой территории и имеющиеся на ней условия связи.

Недостатки автономных датчиков

Как и любые другие технические средства, автономные датчики имеют не только достоинства, но и недостатки.

Чаще всего, устройства этого типа входят в состав других детекторов. Другими словами, автономные регистраторы – это компоненты, входящие в состав определенного комплекта. Поэтому покупателю затруднительно совершать выбор, исходя из параметров одного лишь датчика движения.

В отличие от проводных охранных систем, комплектацию автономных приборов изменить зачастую бывает невозможно. И, если покупатель выбрал готовую систему, то ему придется мириться со всеми датчиками, входящими в комплект.

Виды автономных датчиков

Датчики движения, работающие автономно, бывают двух разновидностей:

  • устройства для внутреннего применения;
  • приборы для внешнего использования.

По своим характеристикам они значительно отличаются друг от друга. В связи с тем, что внешним датчикам порой приходится работать в сложных и даже критических условиях, данные устройства отличаются более сложной конструкцией и стойкостью к вредным воздействиям окружающей среды.

Внешние автономные датчики оснащаются специальной герметичной прокладкой, они не страшатся влаги и характеризуются долговечностью. Для предотвращения взлома, в качестве материала для изготовления корпуса применяется прочный пластик или металл.

В зависимости от принципа работы, автономные детекторы, также как и их проводные аналоги, делятся на следующие категории:

  • Инфракрасные датчики, которые наиболее широко распространены в быту. В качестве главного элемента в них используются пироэлектрики, реагирующие на изменение температуры, источником которой может быть человек или животное.
  1. Для распознавания движения в данных устройствах используется оптическая система, фиксирующая инфракрасное излучение из нескольких точек. Это касается пассивных ИК-датчиков.
  2. Другая разновидность ИК-датчиков – активные инфракрасные датчики движения с автономным питанием, принцип действия которых основан на том, что пироэлектрик перестает воспринимать излучение, когда в контролируемой зоне оказывается посторонний объект. Чаще всего подобные детекторы используются в охранных целях.
  • Ультразвуковые устройства, применяемые для охраны помещений и автомобилей. По своему принципу работы, они схожи с инфракрасными приборами, но для их работы используется высокочастотный звук. Такие детекторы имеют большой недостаток, состоящий в том, что чувствительность к температурным перепадам и режимам влажности является причиной большого числа ложных срабатываний.
  • Микроволновые датчики. Прибор реагирует на частоту волны, изменяющуюся при появлении в контролируемой зоне движущихся объектов. Этот тип регистраторов имеет большое число ложных срабатываний, что исключает их применение на открытых пространствах.
  • Комбинированные датчики, объединяющие в себе инфракрасные и микроволновые устройства. Благодаря наличию в их составе двух различных взаимодополняющих устройств, эти приборы имеют высокую точность распознания движущегося объекта. Минимум ложных срабатываний, но более высокая стоимость – вот главные особенности комбинированных датчиков.

Датчики движения с сиреной: особенности и сфера применения

При регистрации движения в контролируемой зоне прибор может подавать сигнал, как на мобильный телефон, так и на сирену. Автономные датчики движения с сиреной могут иметь различный уровень мощности.

К примеру, для обычной частной квартиры подойдет детектор с несколькими режимами работы. Чаще всего, это «дверной звонок» и «тревога». Он применяется не только для обнаружения несанкционированного проникновения в помещение, но и для информирования хозяев о приходе гостей.

Мощной сиреной оснащаются датчики, ведущие контроль над офисами, большими территориями или крупными объектами. При этом, сирена может подавать как звуковые, так и световые сигналы.

Автономные датчики движения с сиреной чаще всего используются на крупных охраняемых объектах. Они обеспечивают полный контроль охраняемой территории и позволяют создать оптимальную для таких объектов систему охраны и оповещения.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что автономные датчики движения в настоящее время нашли широкое применение в самых различных сферах жизни. Главной целью их использования является обеспечение безопасности жизни и здоровья людей, а также сохранности их имущества.

Большое разнообразие модификаций таких изделий позволяет каждому потребителю найти подходящий вариант для любого объекта, нуждающегося в охране.

 

 

Датчик движения. Принцип работы и классификация.

На чтение 4 мин. Опубликовано Обновлено

Датчики движения применяются для фиксации проникновения на объекты или охраняемую территорию посторонних лиц. Чаще всего их применяют при построении охранных систем. Также их используют с целью автоматизации управления освещением или бытовой техникой владельцы квартир или домов при построении систем умного дома. На рынке представлено очень много различных датчиков движения. Внешне они имеют мало отличий, но по факту отличия есть.

Датчики движения классифицируют по способу установки. Различают следующие типы:

  1. Настенный.
  2. Потолочный.
  3. Скрытый.
  4. В розетке (совмещен с розеткой, умной розеткой).
  5. В видеокамере (программное исполнение).

Основные характеристики:

  • Дальность обнаружения.
  • Высота установки.
  • Пылевлагозащитная.
  • Время отключения.
  • Габариты.

Основные типы датчиков движения

Классификацией предусмотрено различие датчиков по типу применяемой в их работе длины волны. Датчики делят на:

Инфракрасные (ИК)

Чаще всего на рынке можно встретить именно эти датчики. Еще их называют пассивный инфракрасный детектор. Они не обнаруживают людей, объем, воздух и любые предметы, попадающие в поле зрения. Алгоритмы инфракрасного датчика позволяют осуществлять распознавание температуры тела, попадающего в поле его зрения. Инфракрасное излучение фокусируется на датчике особой оптической линзой, называемой линзой Френеля. Она концентрирует излучение на чувствительном полупроводниковом элементе. Температура определяемого тела должна быть выше, чем температура окружающей обстановки. Различие температур тела, попавшего в поле зрения датчика, и внешней среды способствует отклонению электрического потенциала от номинальных значений и обрабатывается чипом, установленным внутри датчика, по заранее настроенному алгоритму и инициирует запуск тревоги.

Чем больше линза в конкретно рассматриваемом устройстве, тем больше чувствительность датчика, а также шире зона его охвата. Чтобы датчик не реагировал на теплые, но статические объекты, оптическую систему делят на несколько отдельных лучей — зоны чувствительности датчика. Фиксация движения произойдет только в том случае, если подвижный объект будет пересекать последовательно более одной зоны. Передвижение с малой скоростью не всегда фиксируется датчиком.

Радиоволновые

Радиоволновой датчик движения функционирует по схожему алгоритму с ультразвуковым датчиком. Вместо звуковой частоты чип создает сверхвысокочастотное излучение, частота которого равна 2,5 ГГц. При появлении на участке распространения волны подвижного тела происходит изменение частоты и длинны волны, которое фиксируется приемником.

При этом прохождение радиоволн происходит без затруднений через не металлические конструкции. Им не мешают стены и мебель. Данный тип датчиков достаточно дорог. Их применяют для наблюдения за коммерческими крупными объектами.

Ультразвуковые (СВЧ)

В основе работы датчика движения ультразвукового типа лежит принцип звуковой локации. В них установлен специальный звуковой генератор, создающий колебания, частота которых равна от 20 до 40 Кгц. Такие звуки человек на слух не воспринимает, но, все звуковые волны, излученные источником, частично отражаются от поверхностей (часть поглощается) и возвращаются к источнику их излучения. В корпусе ультразвуковых датчиков установлен излучатель таких колебаний и микрофон, принимающий звуковой сигнал, отраженный от поверхностей. Излучатели приемника состоят из элементов пьезокерамики.

Согласно эффекту Доплера любой объект, попадающий в зону распространения потока распространения звуковых волн, искажает интерференционную картину. Когда происходит такой эффект частота отраженного от поверхности сигнала будет другой относительно излучаемой частоты — это и вызывает сработку датчика.

Комбинированные

Достаточно дорогие. Применяются во избежание ложных тревог. В один корпус производители устанавливают ИК и радиоволновой датчик. Такое решение ценится за высокую помехоустойчивость и надежность. При таком решении достигается минимальное количество ложных срабатываний.

Детекторы движения встроенные в камеры наблюдения (программные)

Датчик движения, установленный в камерах видеонаблюдения, никогда не заменит полноценную работу классических датчиков движения. Обнаружение движения происходит камерой на программном уровне. Видеокамера анализирует поток входящей информации, например, каждый пятый кадр и сопоставляет их. При резком изменении картинки камера понимает, что произошло движение. Такая реализация имеет место на существование, но даст больше ложных срабатываний, так как фиксацию движения камера может поймать даже при резком снижении уровня освещенности (выключение света). Настройки в камере поддаются корректировке, но это лишь частично исправляет ситуацию. Существует возможность выделения зон кадра, поиск движения в которых фиксироваться не будет. Это помогает лишь при попадании подвижного объекта в поле зрения кадра.

Типичные ошибки при установке датчиков движения

С каждым конкретным устройством в комплекте поставляется инструкция, в которой отражены технические характеристики изделия и рекомендуемые данные (схема) для установки датчика.

Наиболее частые ошибки при установке:

  1. Не соблюдение требуемой высоты установки датчика. Пренебрежение данным параметром сильно сужает поле зрения прибора, вплоть до невозможности обнаружения движения.
  2. Не учитывается тип пылевлагозащиты по стандартам IP. Не защищенный от влаги датчик устанавливается на улице или во влажном помещении.
  3. Не соблюдается температурный режим работы. Как следствие запотевание линзы, либо чувствительного элемента, что приводит к ложным срабатываниям или выходу датчика из строя.

Датчик присутствия человека в помещении и для включения света: схема своими руками

Содержание статьи:

Детекторы движения используются в сфере охраны и системах частной автоматизации. Датчик присутствия относится к более чувствительной группе приборов, он определяет мелкие перемещения в подконтрольной области. Узел сигнализирует об изменении обстановки, формирует команду для автоматического запуска ответа на движение объектов.

Принцип работы датчика присутствия

Датчик присутствия отслеживает степень ИК излучения в зоне видимости

Прибор отслеживает степень инфракрасного излучения в поле зрения. Уровень усредняется и воспринимается как монотонный план. Температура фона повышается во время присутствия человека, пироэлектрический детектор создает напряжение для подачи сигнала.

В основе лежит оптическая схема по принципу линзы Френеля, иногда применяется комплект вогнутых зеркал сегментного типа. Участки фокусируют тепловые лучи на элементе, продуцирующем импульс. При перемещении объекта ИК лучи несколько сегментов улавливают и выдают всплески. Датчик присутствия подает итоговый сигнал обнаружения после накопления 2 – 4 импульсов, количество зависит от чувствительности прибора.

Особенности и характеристики устройства

GSM датчик присутствия посылает сигнал о проникновении посторонних на охраняемую территорию

Датчик работает в комплексе с другими модулями, которые срабатывают от его сигнала. Устройства охранной системы управляются контролером, который ставится в схеме при монтаже.

Охранные устройства выполняют действия по сигналу детектора присутствия:

  • подают сигнал тревоги на пульт охраны;
  • рассылают уведомления о нарушении границ владельцу помещения, территории;
  • включают и прекращают освещение, контролируют другие приборы;
  • меняют функциональность климатических модулей, техники.

Умные выключатели, сирены, измерители, мониторы начинают работу, когда датчик виртуального присутствия обнаруживает движение. Производители дают доступ к аккаунту на веб-портале, где пользователь с помощью мобильной программы настраивает взаимодействие и задает параметры.

Разновидности датчиков присутствия

Разновидности датчиков охранной сигнализации

Оптические разновидности функционируют по принципу блокировки светового луча непрозрачным предметом и определяют размеры тела. К ним относятся лазерные дальномеры. Ультразвуковые типы проводят локацию пространства ультразвуком и находят расстояние до движущегося объекта.

Микроволновые датчики применяют принцип СВЧ волн проходить через предметы или отражаться от некоторых поверхностей. Используются в системах, которые контролируют область за стеной, проницаемой для лучей.

Магниточувствительные приборы ставятся в качестве выключателей бесконтактного типа. Включают датчик Холла и электромеханический коммутатор, монтируются в схеме открывания окон и дверей. Пирометрические устройства используют уровень ИК лучей и работают для определения движения.

Для включения света

Датчик присутствия для включения света

Двигательные детекторы начинают работу освещения только при активизации людей, например, если человек идет в зоне видимости. Более чувствительный датчик присутствия для включения света отличается тем, что реагирует на мелкие движения. Он регистрирует движение кистей рук, пальцев, наклоны головы. Прибор выключит освещение, если человек будет сидеть без движения на протяжении заданного времени.

Устройства включают свет, если люди перемещаются в условиях темноты, но не срабатывают днем, когда все видно. Ночью датчики обеспечивают работу ламп до того, как последний человек выйдет из зоны охвата.

ИК датчики

Принцип работы ИК датчика

Приборы изучают изменение инфракрасных лучей, отраженных от окружающих предметов. Пассивные датчики только воспринимают тепловые волны, а активные виды сами испускают колебания и ожидают ответного возврата для анализа.

Тепловые лучи представляют спектральное излучение, которое не различается глазом, но определяется фотоэлектрическими приемниками датчика. Тело человека или животного не светится в видимом диапазоне, а в инфракрасном спектре сияет. Приборы присутствия реагируют на возникновение или исчезновение излучения. Настраивается чувствительность модулей, чтобы они реагировали только на большие объекты и не замечали птиц и мелких животных.

Датчики присутствия человека в помещении

Датчик присутствия фиксирует любые движения человека в помещении

Рабочие параметры устанавливаются так, чтобы контрольная степень была выше уровня акустических, инфракрасных и тепловых помех.

Датчики бывают:

  • однопозиционные, когда излучение, прием сигналов и анализ происходит в одном устройстве;
  • двухпозиционные, если один блок излучает волны, а другой принимает и изучает;
  • многопозиционные с большим количеством узлов для более точного реагирования.

Следящий модуль дает сигнал для направления извещения владельцу о проникновении. Тревога поступает в виде сообщения на телефон в выбранной форме. Можно задавать несколько номеров для оповещения.

Области применения

В помещениях с детекторами слежения энергия экономится на 40%, а расходы уменьшаются на 50 – 60%. Прибор включает кондиционер, когда есть люди, а также координирует освещение и прекращает его в момент отсутствия человека.

Устройства монтируются в виде локальных элементов, оконных координаторов открывания, применяются в системе «умного дома». Дизайнерские модели ставятся в частном секторе, уличные приборы регулируют свет в подъездах, дворах. Датчики присутствия следят за обстановкой на складах, производственных цехах и офисах. Устройства обеспечивают безопасность в отдельных комнатах или во всем строении.

Отличие от датчика движения

Датчик движения менее чувствительный, чем датчик присутствия

В основе работы лежат одинаковые механизмы. У детектора движения стоят десятки микролинз, пространство разбивается на такое же количество частей для исследования. Датчик присутствия содержит сотни таких отражателей, которые координируют минимальные области и отслеживают небольшие по амплитуде движения.

Приборы для определения присутствия человека настраиваются гораздо кропотливее. Из-за высокой чувствительности они часто дают ложную тревогу. Используется электронный вмонтированный процессор для уменьшения таких инцидентов, при этом не используется наладка вручную.

Правила выбора датчика присутствия

Место установки влияет на радиус обзора

На выбор влияет место монтажа, доступные варианты питания, объем координируемого пространства. Для внутреннего размещения выбирается прибор с соответствующими характеристиками, например, без скачков температуры, пыли и влажности. Уличные устройства имеют усиленную защиту от погодных условий и увеличенный радиус охвата.

При подборе учитываются характеристики:

  • тип прибора;
  • рабочая мощность;
  • питание от сети или батареек;
  • угол охвата и дальность слежения.

Обращают внимание на дополнительные функции модели. Предусматривается защита от ложной тревоги при появлении мелких теплокровных объектов, задержка включения света при движении и предохранение от включения ламп днем.

Установка датчика присутствия

Расположение датчиков при установке сигнализации

Прибор ставится так, чтобы на него не падали прямые световые лучи, а рядом не стояли предметы, загораживающие обзор. Нежелательны на пути волн стеклянные перегородки, т.к. ИК лучи не проходят сквозь материал. В радиус охвата должны попадать углы помещения, иначе устанавливается несколько приборов, при этом получается перехлест зон внимания.

Следящие детекторы не ставятся вблизи отопительных радиаторов, кондиционеров и лопастных вентиляторов. На улице устройства монтируются под навесом, при этом учитывается рекомендованная высота установки, которая приводится в паспорте.

Изготовление своими руками

Собственноручная сборка представляет альтернативу фабричному устройству, если не подходят параметры. В конструкции применяются недорогие элементы, а для повышенной нагрузки ставится 2 реле.

Потребуются части:

  • блок питания;
  • транзистор с p-n-p-переходом;
  • резистор;
  • реле;
  • фотоэлемент.

Используется низковольтный (5 – 12 В) блок в соответствии с нагрузкой, например, числом ламп. К аноду фотоэлемента присоединяется ограничительное для тока сопротивление, а к катоду припаивается положительный полюс питания. Один выход резистора подключается к минусу, а другой подключается к ограничивающему сопротивлению.

Схема

Принципиальная схема датчика прсутствия

В середине детектора ставятся фотоэлементы для приема волн. Элементы закрываются общей линзой, содержащей в составе множество мелких линз для сосредоточения ИК лучей перед подачей на отражатели. При движении фокус сдвигается с элемента и пропадает на одном стекле, но показывается на другом. Датчик срабатывает после нескольких подобных пропаж и появлений.

Устройство содержит генератор волн, усилитель и компрессор. После возвратного приема измеряется сдвиг по частоте, находится скорость движения. Конденсатор в схеме уравнивает частоту с резонансным показателем антенны. Датчик собирается на плате из стекловолокнистого материала и закрывается корпусом, антенна выходит наружу.

Устройство и принцип работы датчиков движения

В современном мире нас все больше окружают самые разнообразные «умные» устройства: компьютеры, коммуникаторы, интеллектуальная бытовая техника. Все они используются с одной целью — облегчить нам жизнь и дать больше свободного времени. И все чаще мы слышим словосочетание «умный дом», в котором практически все системы (освещение, охрана, отопление, водоснабжение, электроснабжение и прочее) управляются компьютером или специальным контроллером. Сегодняшняя статья будет посвящена устройствам, применяя которые, можно сделать пусть небольшой, но шаг в сторону превращения вашего жилища в «умный дом». А поговорим мы о датчиках движения.

Датчики движения – это только часть большой категории приборов, называемых датчиками обнаружения. Их общая цель сообщать о движении лиц, спрятавшихся на охраняемом объекте, о вторжении в охраняемую зону, о повреждении элементов, препятствующих вторжению (ставни, окна, форточки, двери, застекленные веранды и т.д.), о проникновении через поврежденные крышу, потолок, стены или пол.

Принцип работы датчиков движения

Для начала попробуем разобраться, что же это за «зверь» такой – датчик движения. Как понятно из названия, основное его назначение заключается в обнаружении какого-либо движения в зоне видимости датчика и реакции на это движение. Последняя чаще всего заключается в коммутации какой-либо электрической цепи: освещения, звуковой сигнализации. То есть прошел кто-то мимо датчика – включилась лампочка или зазвучал предупредительный сигнал.

Существуют инфракрасные (ИК), ультразвуковые (УЗ), микроволновые (МВ) и комбинированные датчики движения. Все они отличаются методом обнаружения движения.

Датчики движения

ИК-датчики. В быту чаще всего применяются пассивные инфракрасные датчики. В роли чувствительного элемента в них выступают пироэлектрики, у которых при изменении температуры возникает электрическое поле (пироэлектрический эффект). Тепловой фон в зоне чувствительности датчика постоянен, но изменяется при появлении объекта с более высокой температурой (человек, животное), на что и реагирует пироэлектрик изменением напряжения на своем выходе.

Но мало определить наличие объекта, нужно еще и понять, движется ли он. Для этого применяется оптическая система — линза Френеля, фиксирующая ИК-излучение на разных точках пироэлемента. Получив несколько сигналов (2-3 штуки) от различных точек, датчик выдает сигнал срабатывания схемы.


Принцип работы пассивного ИК-датчика движения

Активные инфракрасные датчики движения немного отличаются принципом работы. В них применяется дополнительный ИК-излучатель, формирующий импульсное излучение, улавливаемое пироэлементом. Когда объект пересекает зону наблюдения датчика, чувствительный элемент перестает воспринимать излучение – и формируется сигнал тревоги. Такие датчики чаще всего применяются в охранных целях.

УЗ-датчики. В состав такого датчика входят УЗ-передатчик и УЗ-приемник. Принцип действия аналогичен работе активного инфракрасного датчика, за исключением того, что в данном случае применяется высокочастотный (30-40 кГц) звук. Как и активные ИК-датчики движения, ультразвуковые применяются для охраны помещений и автомобилей. Обладают рядом недостатков: чувствительны к перепадам температуры и колебаниям влажности, имеют высокий уровень ложных срабатываний.

МВ-датчики. Принцип действия – эффект Доплера. Генератор датчика излучает волну (частота порядка 2,5 ГГц), а приемник эту волну регистрирует. Если в зоне распространения волны появляется движущийся объект, то изменяются длина и частота волны, что сразу определяется приемником. По сравнению с ИК-датчиками имеют большее количество ложных срабатываний, особенно при использовании на открытых пространствах. Именно поэтому микроволновые датчики чаще всего применяются в автомобильных охранных сигнализациях для слежения за пространством как внутри автомобиля, так и снаружи.

Комбинированные датчики. представляют собой объединенные в одном устройстве ИК- и МВ-датчики, благодаря чему получается более точный датчик, практически не имеющий ложных срабатываний. Но и стоимость такого датчика будет, естественно, более высокая.

Все датчики движения питаются либо от сети 220 В, либо от встроенного автономного источника питания (аккумуляторной батареи). Бытовые датчики чаще всего запитываются от квартирной (или офисной) электрической сети, а вот охранные датчики обычно имеют свой собственный источник электропитания (чтобы их банально не отключили).

Исходя из всего вышеперечисленного, можно сделать вывод, что для применения в быту наиболее подходящими являются пассивные ИК-датчики. Они недороги, просты в применении, легко подключаются и настраиваются, обладают всеми необходимыми функциями.

Варианты использования

Освещение. Многие из нас хотя бы раз, но все-таки забывали выключить дома свет. А если в семье есть ребенок, который уже стремится быть самостоятельным, то возникает вопрос, что удобнее: ставить дополнительный выключатель на уровне, куда он сможет дотянуться рукой, или же поставить датчик движения, который будет автоматически включать свет. Для себя я выбрал второй вариант и ни разу не пожалел. Теперь, когда мой ребенок идет в туалет, я не слышу «папа, включи свет», ведь ему достаточно открыть дверь – и лампочка включится автоматически. А всего-то понадобилось купить направленный пассивный ИК-датчик и подключить его в разрыв цепи — с этим справится практически каждый мужчина.


Варианты схем подключения датчика движения: 1 – лампой управляет только датчик; 2 – лампой управляют датчики и выключатель

Угол зоны обнаружения большинства направленных датчиков составляет 110°, а значит, датчик можно установить так, чтобы он наблюдал только за определенной зоной. Существуют и круговые датчики движения, у которых угол зоны обнаружения составляет 360°. Такие удобно устанавливать в центре потолка помещения — пройти мимо незамеченным будет практически невозможно. Дальность действия пассивных ИК-датчиков движения составляет порядка 12 метров.

Многие пассивные датчики движения оборудуются реле времени и датчиком освещенности. Благодаря первому можно задать длительность коммутации нагрузки (от 5 секунд до 12 минут), а второй отвечает за то, при каких условиях освещения датчик срабатывать не будет. Например, если в помещении достаточно естественного освещения в дневное время суток, то датчик движения в это время будет выключен.

Большинство бытовых датчиков движения могут коммутировать нагрузку мощностью до 1200 Вт. К примеру, у меня датчик одновременно включает 2 лампы мощностью по 60 Вт каждая и вытяжной вентилятор мощностью 20 Вт.


Пассивные ИК-датчики движения: круговой (слева) и направленный (справа)

Первый опыт применения датчика освещения мне настолько понравился, что теперь я уже подумываю поставить круговой пассивный ИК-датчик в коридоре, избавившись от заявлений «папа, я боюсь туда идти, там темно». Да и самим удобно передвигаться по квартире в темное время суток, не щелкая выключателями.

Еще один вариант использования датчиков движения – освещение придомовой территории частного дома. Когда кто-то приблизится к вашему входу во двор, датчик уловит это движение и включит лампу освещения. И вам будет проще рассмотреть, кто же пожаловал в гости, и гостю удобно – не нужно в темноте искать кнопку звонка. К тому же в этом случае датчик движения играет еще и охранную роль: не каждый злоумышленник будет нарушать частные владения при ярком свете уличного фонаря.

Существуют и готовые решения, представляющие собой галогенную лампу, совмещенную с датчиком движения. Такие прожектора могут не только освещать подъезд к гаражу, входную дверь или пространство двора, но и выполнять декоративную роль в освещении садово-паркового участка.


Готовые решения: декоративный фонарь (слева) и «рабочая лошадка» (справа)

Охрана. Для обеспечения охраны можно применять как датчики движения, совмещенные с прожекторами, так и датчики движения со звуковой сигнализацией. Такие датчики при обнаружении движущегося объекта могут включать один из готовых звуков (музыка, голос), имитируя присутствие людей в помещении.

Существуют и более дорогие, профессиональные решения, среди которых беспроводные автономные датчики движения, способные передавать сигнал тревоги по GSM-каналу, но это уже тема для отдельной статьи.

Другие сферы применения. Все чаще датчики движения встраиваются в различную бытовую технику и электронное оборудование, для обеспечения функций энергосбережения, так и для придания им охранных функций (например, включение IP-камеры и начало записи видеосигнала).

Краткий итог

Как видите, датчики движения находят применение в различных сферах нашей жизни. Они помогают обеспечивать определенный уровень безопасности, делают нашу жизнь не только комфортнее, но и веселее. К тому же, используя датчики движения, можно экономить электроэнергию. И все это можно получить за достаточно небольшие деньги.

Видеоролики по датчикам движения

 

оптическая схема и блок обработки сигналов