Датчики движения - устройство и принцип работы
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.
Датчик движения: зона обнаружения 180° 12м, максимальная нагрузка 1100Вт, IP44
Датчик движения: зона обнаружения 180° 10м, максимальная нагрузка 1100Вт, IP44
Датчик движения: зона обнаружения 180° 12м, максимальная нагрузка 1100Вт, IP44
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