Automaattiset valaistuskytkimet infrapuna- ja akustisilla antureilla

Elektroniikan nykyaikainen elementtipohja antaa sinun luoda laitteita, jotka ovat yksinkertaisia ​​piireissä, mutta joilla on melko laaja valikoima toimintoja. Aiemmin tällaisia ​​laitteita oli saatavana vain monimutkaisissa ja kalliissa ammatillisissa järjestelmissä, ja nyt niiden käyttö tekee jokapäiväisestä elämästämme mukavampaa ja helpompaa.

Tässä artikkelissa kerrotaan käyttävistä laitteista infrapuna-anturit. Kun tällaisia ​​antureita käytettiin pääasiassa turvajärjestelmissä, nyt kukaan ei ole yllättynyt kunkin saapuvan henkilön edessä avautuvista ovista tai valaistuksen automaattisesta sisällyttämisestä sisäänkäynnin sisään. Ja kaikki tämä infrapuna-anturit! Usein niitä kutsutaan pyroelektrisiksi antureiksi.

Pyroelektrinen anturi. Laite ja toimintaperiaate

Pyroelektriset anturit ovat periaatteessa passiivisia. Tämä tarkoittaa, että ne eivät tuota sähkömagneettisia signaaleja, vaan yksinkertaisesti ovat infrapunavastaanotinSiksi ihmisille se on ehdottoman vaaratonta.

Jokainen esine on infrapuna lähde, eikä ihmiskeho tässä mielessä ole myöskään poikkeus. Pyroelektriset anturit on suunniteltu siten, että ne eivät reagoi itse infrapunasäteilyyn, sen absoluuttiseen arvoon, vaan pikemminkin sen muutokseen. Siksi tällainen anturi havaitsee esimerkiksi jopa objektin pienen liikkeen, esimerkiksi henkilö.

Otetaan esimerkiksi Murata -yrityksen pyroelektrinen anturi IRA-E710. Sen laite on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1. IRA-E710 pyroelektrinen anturilaite

Pyroelektrisen anturin perusta on infrapunaherkkä valosolu, joka tuottaa säteilyn määrään verrannollisen sähköisen signaalin. Valokennon sovittamiseksi piiriin ja signaalin alkuvahvistukseen käytetään kenttätehotransistoria.

Jos anturi on rakennettu vain yhteen valokennoon, se laukaisee paitsi liikkuvien esineiden lisäksi myös vain ulkoisen lämpötilan, auringonvalon, säteilijöiden ja itse anturin tai pikemminkin sen rungon lämpötilan muutosten takia.

Toisin sanoen tällaisen anturin kohinankestävyys on liian alhainen. Sen lisäämiseksi pyroelektriset anturit tehdään kahden vastakkaiseen suuntaan olevien valokennojen perusteella, kuten kuvassa esitetään, mikä antaa sinun kompensoida juuri mainitut tekijät.

Tällainen anturi reagoi vain säteilyn määrän muutoksiin, mikä mahdollistaa sen käyttämisen liiketunnistimena. Vielä suuremman luotettavuuden anturin toiminnassa tarjoaa valonsuodatin, joka on viritetty 5–14 mikronin aallonpituudelle. Tällainen säteily on kaikkein ominaista ihmiskeholle.

Ei pidä kuitenkaan ajatella, että anturi poimii vain lämmitettyjen esineiden liikkeen. Huoneessa on aina tietty infrapunatausta, joten minkä tahansa esineen siirtäminen, jopa ympäristön lämpötilan kanssa, muuttaa yleistä taustaa ja anturi laukaisee.

Kuvatun anturin haitat voidaan johtaa siihen tosiseikkaan, että se on herkkä vain liikkumiselle, toisin sanoen yhdestä valokennosta toiseen. Kun liikkuu molempien valokennojen pintoja pitkin, signaalia ei synny. Siksi, kun asennat sellaisia ​​antureita, niiden tulisi olla suunnattu vastaavasti, kuten edellä keskustellaan.

Niitä kehitetään ja sovelletaan, jotta päästäisiin eroon tällaisesta haitallisesta vaikutuksesta erityisen kriittisissä tapauksissa. anturit, jotka perustuvat neljään valokennoon. Totta, tämäntyyppiset anturit ovat monimutkaisempia ja kalliimpia, mikä myös vaikeuttaa niiden kytkentä- ja hallintajärjestelmää.

Antureita on saatavana tavanomaiseen ja pinta-asennettavaan (SMD). Niiden ulkonäkö on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. IRA-E710 -anturit. ulkomuoto

Liiketunnistimien käyttö

ensin liiketunnistimet tarkoitettu luomaan murtohälytysjärjestelmät. Elementtikannan kehitystyön myötä pyroelektrisistä antureista tuli paljon halvempia ja edullisempia, mikä mahdollisti niiden käytön kotitalouskäyttöön.

Se on ennen kaikkea automaattinen valaistus, ovien avaaminen sekä videovalvontajärjestelmien hallinta. Tällaisen automaation avulla voit säästää huoneessa huomattavan määrän sähköä tai lämpöä. Videovalvontajärjestelmissä tilaa säästyy sen tietokoneen kiintolevyille, joka ohjaa videojärjestelmän toimintaa.

Automaattisen valokytkimen algoritmi

Kun valo syttyy automaattisesti, esimerkiksi sisäänkäynnin kohdalla, kun henkilö ilmestyy laitteen näkökenttään, valaistuksen pitäisi syttyä ja sammua jonkin ajan kuluttua. Kun henkilö on laitteen näkökentällä, valaistuksen ei pitäisi sammua, sulkimen nopeus kasvaa. Päivänvalossa valon automaattisen sisällyttämisen ei pitäisi tapahtua.

Kohdevalaisimet, joissa on liiketunnistin, joka on suunniteltu ulkoasennukseen, toimivat myös täsmälleen: porttien ja pihan valaistus talon lähellä, portaat kaupan sisäänkäynnin yhteydessä ja muissa tapauksissa. Tällaisia ​​valonheittimiä on saatavana yhdessä liiketunnistimen kanssa tai liikeanturi voi olla erillinen.

Yksi automaattiset valaistuksen ohjauspiirit esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. Valaistuksen ohjausjärjestelmä liiketunnistimelta (napsauta kuvaa nähdäksesi kaavan suurempana)

Piirin kuvaus

Infrapunasäteilyn vastaanottimena käytetyssä piirissä pyroelektrinen anturi PIR1. Valokennojen eteen on asennettu vaakasuunnassa kapeajen läpinäkymättömien ja läpinäkyvien raitojen modulaatiohila. Siksi käy ilmi, että valodetektorilla modulaatiohilan nauhojen yli liikkuva esine on joko avoin tai suljettu, mikä aiheuttaa vaihtojännitteen ilmestymisen anturin ulostuloon.

Edellä esitetty on esitetty kuvassa 4, joka osoittaa anturin oikean sijainnin. Laitteen havaitseman objektin koon määrää modulaatiohilan kaistanleveys. Muuttamalla kaistanleveyttä voit säätää laitteen koko herkkyyttä. Laitteen kantaman leveyttä voidaan säätää muuttamalla ikkunan modulaatiohilan kokoa.

Kuva 4. Liiketunnistimen asennuskaavio

PIR1-anturin sisäisen vahvistimen teho syötetään sen ulostuloon 1 suodattimen R1C1 kautta. Anturin lähtösignaali poistetaan tapista 2 ja syötetään DA1-tyyppisen LM324-sirun operaatiovahvistimen 1 ei-käänteiseen tuloon. Tämä siru on neljä toisistaan ​​riippumatonta operaatiovahvistinta (op-vahvistinta). Ainoa heitä yhdistävä asia on yhteiset valtapäätelmät ja tapaus.

Noin 150 vahvistimen vahvistin kootaan OS1: een, johon PIR1-anturi on kytketty suoraan. Jos anturin peittoalueella ei ole liikettä, niin OS1: n lähdössä ylläpidetään vakiojännitetasoa, noin puolet virtalähteen jännitteestä.

Kun liikkuva esine havaitaan anturin näkökentässä liittimessä 2, näyttöön tulee vaihtojännite, jota OS1 vahvistaa. OS1: n lähdössä ilmestyy muuttuva komponentti, joka syötetään kondensaattorin C2 kautta seuraavaan vahvistusvaiheeseen, joka suoritetaan OS2: lle, noin 100 vahvistuksella.

Näiden vaiheiden jälkeen vaaditulle tasolle vahvistettu signaali saapuu vertailijan tuloon OU3: lla - DA1-sirun nasta 10. Vertailijan vastetaso määritetään vastusten R8, R11, R20 arvolla. Alkuvaiheessa vertailijan lähtöjännite on alhainen.

Jos ulostulossa ОУ2 - lähtö 14 - suorakulmaisia ​​pulsseja, jotka ylittävät määritellyn toimintatason, vertailijan ОУ3 ulostulossa - lähtö 8 - ilmestyy korkea jännitetaso, tarkemmin sanottuna kondensaattoria C7 lataavat pulssit. VD5-diodi estää tämän kondensaattorin purkautumisen vertailijan ulostulon kautta, kun se on alhainen. Siksi kondensaattori voidaan purkaa vain sarjapiirien R14 ja R22 kautta. Vaihtelevaa vastusta R22 käyttämällä purkausaika voidaan asettaa 5 sekunnissa ... 5 minuuttiin.

Kondensaattoriin C7 kertynyt jännite syötetään OS4: llä tehdyn toisen vertailijan ei-invertoivaan tuloon, jonka vastetason asettaa jakaja R9, R13. Tämän vertailijan lähtösignaali syötetään transistorin VT1 kannalle, joka käyttämällä triac VD2 yhdistää kuorman.

Komparaattorin vasteaika OS4: ssä määritetään kondensaattorin C7 latausajalla, joka kasvaa anturin vasteajalla: kunnes liikkuminen laitteen näkökentässä on pysähtynyt, kondensaattori C7 latautuu. Siksi, kun joku liikkuu huoneessa, valaistusta ei taata sammuvan.

Jotta valaistus ei käynnisty päivänvalossa, laite sisältää valotunnistimen, joka on tehty tyypin FD263 VD7-fotodiodille, joka on kytketty päälle vastakkaiseen suuntaan. Toimintatilat asetetaan jakaja R15, R23.

Säädettävän vastuksen R23 moottorin jännite syötetään transistorin VT2 pohjaan. Vaikka tumma fotodiodi on suljettu huoneessa ja jännite transistorin VT2 pohjassa on korkea, siis se on suljettu eikä vaikuta piirin toimintaan.

Valaistuksen lisääntyessä fotodiodi aukeaa ja VT2: n pohjassa oleva jännite putoaa, mikä johtaa sen avautumiseen. VD9-diodin kautta avoin transistori siirtää signaalin op-vahvistimen 2 ulostulosta komparaattorin tuloon op-vahvistimella 3. Siksi kondensaattori C7 ei lataudu eikä myöskään valaistus päällä.

Estääkseen päivänvaloanturin kytkemästä päälle päivän valoa, sen toiminta estetään VD8-diodin kautta, joka on kytketty OU4-komparaattorin ulostuloon. Kondensaattori C10 antaa viiveen ympäröivän valotunnistimen kytkemiseen päälle, kun lamppu kytketään päälle, estäen siten anturin väärät hälytykset.

Laitteen teho on muuntajaton. Sammutuskondensaattorin C9 kautta verkkojännite syötetään tasasuuntaajaan, joka on tehty diodeihin VD4 ja VD6. Puhdistetun jännitteen aalto tasoitetaan kondensaattorilla C8, ja jännite vakautetaan ZV-diodilla VD3 jännitteellä 16 V. Tätä jännitettä käytetään avainvaiheen virrasta transistorissa VT1, joka ohjaa triac VD2: n virtakytkimen toimintaa.

Elementeille R2, C3 ja VD1 on koottu 9,1 V: n parametrinen jännitesäädin, jota käytetään kaikkien laitteen solmujen syöttämiseen: PIR-anturi, DA1-mikropiiri ja päivänvalokenno transistorissa VT2.

Kuvattu piiri valmistetaan Master Kitin pakkauksena. Pakkaus sisältää kaikki tarvittavat radiokomponentit, valmiin piirilevyn ja kotelon laitteen kokoamiseksi, kuten kuvassa 5. Pakkaus sisältää myös ohjeet laitteen kokoamiseksi ja asentamiseksi.

Vaikka yleisesti piirin katsotaan olevan yksinkertainen ja huolimatta asennuksesta huollettavista osista, sen pitäisi alkaa toimia heti, haluan kiinnittää huomiota siihen, että siinä on muuntajaton virta. Siksi asennuksen ja käyttöönoton aikana sinun tulee olla erityisen varovainen, noudattaa turvallisuusmääräyksiä ja vielä paremmin käyttää erotusmuuntajaa.

Kuva 5. Kotelo Master Kit -sarjasta

Piiri siirtyy täysin toimintatilaan puolitoista-kahteen minuuttiin päällekytkennän jälkeen, joten kaikki asetukset olisi tehtävä tämän ajan kuluttua. Asetukset ovat yksinkertaisia ​​ja ne on vähennetty asettamaan tarvittava viiveaika vastuksella R22, ja vastuksen R23 avulla valitaan valoanturin kynnysarvo.

Itse liiketunnistimen kynnyksen määrää vastuksen R11 arvo.Jos herkkyyden lisääminen on tarpeen, sen arvoa voidaan pienentää jonkin verran. Näin ollen joudut muuttamaan arvoa nousuun suurella määrällä vääriä positiivisia tuloksia.

Kuvio 6 esittää toisen kaavion infrapuna-liiketunnistimesta, joka on hyvin samanlainen kuin kuviossa 3 esitetty piiri.

Kuva 6. Infrapuna-liiketunnistin. Vaihtoehto 2 (napsauta kuvaa suurentaaksesi)

Samanlainen kaavio on varustettu valonheittimellä, jossa on halogeenilamppu yhden laitteen muodossa, ja se asennetaan pääsääntöisesti kotitalouksien sisäänkäynnille. Sen tarkoituksena on kytkeä valo päälle pihalla talon omistajien saapuessa ja varoittaa omistajia lisäksi vieraiden, mukaan lukien kutsumattomat, tunkeutumisesta alueelle. Itse järjestelmä on hyvin samanlainen kuin edellinen ja suorittaa samat toiminnot, joten yksityiskohtaista kuvausta ei tarvita. Asukaamme vain yksittäisissä solmuissa.

Infrapuna-anturina käytetään PIR D203C-fototransistoria, jonka signaali syötetään DA1-sirulle, sama kuin edellisessä piirissä. Anturin herkkyyttä säädetään muuttuvalla vastuksella VR3. Valoanturi on tehty CDS-fotorestorille, joka estää päivänvalotransistorin VT2 kautta transistorin VT1 toiminnan, joka sisältää kuormanohjausreleen. Siksi päiväsaikaan valonheittimen sisällyttämistä ei tapahdu.

Kuten edellinen, piiri sisältää aikaviiveen, joka suoritetaan kondensaattorille C14, jonka purkausaikaa säädetään muuttuvalla vastuksella VR1. Ajan säätörajat ilmoitetaan suoraan kaaviossa.

Liiketunnistimella varustettu halogeenivalaisin on suunniteltu asennettavaksi kadulle, joten kissat, koirat tai muut pienet eläimet voivat pudota anturien peittoalueelle ihmisten lisäksi. Tämä voi aiheuttaa anturien väärän laukaisun ja valon lisäämisen.

Suojautuakseen tällaisilta vääriltä hälytyksiltä on suositeltavaa asentaa anturin eteen suojaava näyttö, joka rajoittaa jonkin verran laitteen näkyvyysaluetta alhaalta: on täysin riittävää nähdä koko portti, mutta vain sen yläpuoli, jotta saatu henkilö erottuisi.

Monimutkaisemmissa liiketunnistimissa tämä ongelma ratkaistaan integroitu mikro-ohjain, joka kykenee melko hyvin määrittämään kohteen koon: koneen, henkilön tai hiiren. Sellaiset anturit ovat tietysti kalliimpia.

Automaattiset valaistuskytkimet akustisilla antureilla

varten valonsäädin myös kerrostalojen sisäänkäynnissä käytetään optiset akustiset kytkimet. Kytkimet sisältävät mikrofonin, optisen anturin ja lähtöavainlaitteen.

Tällaisten kytkimien toimintalogiikka on sama kuin infrapuna: päivällä mikrofoni sammutetaan optisella anturilla, ja pimeässä valaistus kytkeytyy päälle, vaikka sisäänkäynnissä olisikin merkityksettömiä ääniä. Valotusaika on noin 1 minuutti, jonka jälkeen valo sammuu.

Äänten esiintyessä sykli toistuu. Mikrofonin herkkyys on sellainen, että se poimii äänen 5 metrin etäisyydeltä, mikä riittää pääsyolosuhteisiin. Tietysti tällaista anturia ei voida käyttää kadulla, koska valo syttyy mistä tahansa äänestä, esimerkiksi ohi kulkevalta autolta.

Rakenteellisesti optisia akustisia kytkimiä on saatavana kahdessa versiossa: joko erillisenä seinälle tai kattoon kiinnitetynä yksikönä tai sisäänrakennettuna erityyppisiin valaisimiin. Tällaiset kytkimet on esitetty vastaavasti kuvissa 7 ja 8.

Kuva 7. Optinen-akustinen energiansäästökytkin EV-05

Kuva 8. EVS-01-lamppu, jossa on sisäänrakennettu optinen-akustinen kytkin

Tällaisten kytkimien hinta on pääsääntöisesti alhaisempi kuin infrapuna-anturilla varustettujen kytkinten, joten niitä voidaan suositella käytettäväksi asunto- ja kunnallispalveluissa, vaikka tämä ei sulje pois infrapuna-anturien asentamista.

Lue myös:Kuinka valita, konfiguroida ja kytkeä valokuvarele väl- tai sisävalaistukseen