Comutatoare automate de iluminare cu senzori infraroșu și acustici

Baza elementară modernă a electronicelor vă permite să creați dispozitive simple în circuite, dar având o gamă destul de largă de funcții. Anterior, astfel de dispozitive erau disponibile doar pentru utilizarea în sisteme profesionale complexe și scumpe, iar acum utilizarea lor face viața noastră de zi cu zi mai confortabilă și mai ușoară.

Acest articol va vorbi despre utilizarea aparatelor senzori cu infraroșu. Odată ce astfel de senzori au fost folosiți mai ales în sistemele de securitate, iar acum nimeni nu este surprins de ușile care se deschid în fața fiecărei persoane care intră sau de includerea automată a iluminatului la intrare. Și toate acestea senzori cu infraroșu! Adesea se numesc senzori piroelectrici.

Senzor piroelectric. Dispozitiv și principiu de funcționare

Senzorii piroelectrici sunt în principiu pasivi. Acest lucru înseamnă că nu generează semnal electromagnetic, ci pur și simplu sunt receptor infrarosuPrin urmare, pentru oameni este absolut inofensiv.

Fiecare element este sursa infrarosie, iar corpul uman în acest sens nu este, de asemenea, o excepție. Senzorii piroelectrici sunt proiectați astfel încât să nu răspundă la radiația infraroșie în sine, valoarea absolută a acesteia, ci mai degrabă la schimbarea sa. Prin urmare, chiar și o ușoară mișcare a unui obiect, de exemplu, o persoană va fi detectată de un astfel de senzor.

Ca exemplu, luăm în considerare senzorul piroelectric IRA-E710 de la Murata. Dispozitivul său este prezentat în figura 1.

Figura 1. Dispozitiv cu senzor piroelectric IRA-E710

Baza senzorului piroelectric este o fotocelula sensibilă la infraroșu care produce un semnal electric proporțional cu cantitatea de radiații. Pentru a potrivi fotocelulele cu circuitul și amplificarea semnalului inițial, este utilizat un tranzistor cu efect de câmp.

Dacă senzorul este construit pe o singură fotocelă, atunci se va declanșa nu numai din obiecte în mișcare, ci și pur și simplu de la temperatura externă, lumina solară, radiatoarele și schimbările de temperatură ale senzorului în sine, sau mai degrabă corpul său.

Cu alte cuvinte, imunitatea la zgomot a unui astfel de senzor este prea mică. Pentru a-l crește, senzorii piroelectrici sunt realizați pe baza a două fotocelule incluse în direcția opusă, așa cum se arată în figură, care vă permite să compensați factorii tocmai menționați.

Un astfel de senzor nu răspunde decât la modificările magnitudinii radiației, ceea ce îi permite să fie utilizat ca detector de mișcare. O fiabilitate și mai mare în funcționarea senzorului este oferită de un filtru de lumină reglat la o lungime de undă de 5-14 microni. O astfel de radiație este cea mai caracteristică pentru corpul uman.

Totuși, nu trebuie să credeți că senzorul nu ridică decât mișcarea obiectelor încălzite. Există întotdeauna un anumit fundal infraroșu în cameră, astfel încât mișcarea oricărui obiect, chiar și cu temperatura mediului, provoacă o schimbare a fundalului general și senzorul se declanșează.

Dezavantajele senzorului descris pot fi atribuite faptului că acesta este sensibil doar la mișcări de-a lungul, adică de la o fotocelă la alta. Când vă deplasați pe suprafețele ambelor fotocelule, semnalul nu va fi generat. Prin urmare, atunci când instalați astfel de senzori, aceștia ar trebui să fie orientați în consecință, așa cum se va discuta mai sus.

Pentru a scăpa de un astfel de efect nociv pentru cazuri mai ales critice, acestea sunt dezvoltate și aplicate. senzori bazati pe patru fotocelule. Adevărat, senzorii de acest tip sunt mai complexe și mai scumpe, ceea ce complică, de asemenea, schema conectării și controlului lor.

Senzorii sunt disponibili pentru montaj convențional și montare pe suprafață (SMD). Aspectul lor este prezentat în figura 2.

Figura 2. Senzori IRA-E710. apariție

Utilizarea senzorilor de mișcare

inițial senzori de mișcare destinat să creeze sisteme de alarmă antiefracție. Odată cu dezvoltarea bazei elementelor, senzorii piroelectrici au devenit mult mai ieftine și mai accesibile, ceea ce le-a permis să fie utilizate în scopuri interne.

Este mai presus de toate includerea automată a iluminatului, deschiderea ușilor, precum și gestionarea sistemelor de supraveghere video. O astfel de automatizare vă permite să economisiți o cantitate semnificativă de energie electrică sau de căldură în cameră. Când este utilizat în sistemele de supraveghere video, spațiul este economisit pe hard disk-urile computerului care controlează funcționarea sistemului video.

Algoritmul comutatorului automat de lumină

Când lumina este aprinsă automat, de exemplu, într-o intrare, când o persoană apare pe câmpul vizual al dispozitivului, iluminarea ar trebui să se aprindă și să se stingă după ceva timp. În timp ce o persoană se află în câmpul vizual al dispozitivului, iluminarea nu trebuie să se oprească, viteza obturatorului crește. În timpul zilei, includerea automată a luminii nu trebuie să apară.

Proiectoarele cu senzor de mișcare proiectat pentru instalare în aer liber funcționează exact: iluminarea porților și a curții de lângă casă, scări la intrarea în magazin și în alte cazuri. Astfel de faruri sunt disponibile împreună cu un senzor de mișcare sau senzorul de mișcare poate fi separat.

Unul dintre circuite automate de control al iluminatului prezentată în figura 3.

Figura 3. Schema de control al iluminării dintr-un senzor de mișcare (faceți clic pe imagine pentru a vizualiza schema într-un format mai mare)

Descrierea circuitului

Ca receptor de radiații infraroșii în circuitul utilizat senzor piroelectric PIR1. În fața fotocelelor sale, este instalată o grilă de modulare de dungi înguste, opace și transparente, care este amplasată pe orizontală. Prin urmare, se dovedește că pentru un fotodetector, un obiect care se deplasează pe benzile de grătare de modulare este deschis sau închis, ceea ce determină apariția unei tensiuni alternative la ieșirea senzorului.

Cele de mai sus sunt ilustrate în figura 4, care arată locația corectă a senzorului. Mărimea obiectului detectat de dispozitiv este determinată de lățimea de bandă a grătarului de modulare. Modificând lățimea de bandă, puteți ajusta sensibilitatea dispozitivului în ansamblu. Lățimea gamei dispozitivului poate fi reglată modificând dimensiunea zăbrelei de modulare a ferestrei.

Figura 4. Schema de instalare a senzorului de mișcare

Puterea amplificatorului intern al senzorului PIR1 este furnizată la ieșirea sa 1 prin filtrul R1C1. Semnalul de ieșire al senzorului este îndepărtat de pe pinul 2 și este introdus la intrarea ne-inversantă a amplificatorului operațional 1 al cipului DA1 LM324. Acest cip are patru amplificatoare operaționale (amperi op) independente unele de altele. Singurul lucru care le unește sunt concluziile și puterea comună a puterii.

La OS1 este montat un amplificator cu un câștig de aproximativ 150, la care senzorul PIR1 este conectat direct. Dacă nu există nicio mișcare în zona de acoperire a senzorului, atunci la ieșirea sistemului OS1 se menține un nivel de tensiune constant, aproximativ jumătate din tensiunea sursei de alimentare.

Când un obiect în mișcare este detectat în câmpul de vedere al senzorului la terminalul 2, apare o tensiune alternativă, care este amplificată de OS1. La ieșirea OS1, apare o componentă variabilă, care este alimentată printr-un condensator C2 până la următoarea etapă de amplificare efectuată pe OS2 cu un câștig de aproximativ 100.

După aceste etape, ajunge semnalul amplificat la nivelul necesar la intrarea comparatorului pe OU3 - pinul 10 al cipului DA1. Nivelul de răspuns al comparatorului este determinat de valoarea rezistențelor R8, R11, R20. În starea inițială, tensiunea de ieșire a comparatorului este scăzută.

Dacă la ieșirea din ОУ2 - ieșire 14 - apar impulsuri dreptunghiulare care depășesc nivelul de funcționare specificat, la ieșirea comparatorului ОУ3 - ieșire 8 - vor apărea un nivel de înaltă tensiune, mai precis, impulsurile care încarcă condensatorul C7. Dioda VD5 previne descărcarea acestui condensator prin ieșirea comparatorului atunci când este scăzută. Prin urmare, condensatorul poate fi descărcat doar prin circuitul serial R14 și R22. Folosind un rezistor R22 variabil, timpul de descărcare poate fi stabilit în 5 secunde ... 5 min.

Tensiunea acumulată pe condensatorul C7 este furnizată intrării ne-inversoare a celui de-al doilea comparator făcut pe OS4, al cărui nivel de răspuns este stabilit de divizorul R9, R13. Semnalul de ieșire al acestui comparator este alimentat la baza tranzistorului VT1, care, folosind triac VD2 conectează sarcina.

Timpul de răspuns al comparatorului de pe OS4 este determinat de timpul de încărcare al condensatorului C7, care crește cu timpul de răspuns al senzorului: până când mișcarea în câmpul vizual al dispozitivului se oprește, condensatorul C7 se va reîncărca. Astfel, în timp ce cineva se mișcă în cameră, iluminatul nu este garantat să se stingă.

Pentru ca iluminarea să nu se aprindă în timpul orei de zi, dispozitivul conține un senzor de lumină realizat pe un fotodiod VD7 de tip FD263, care este pornit în sens invers. Modurile de funcționare sunt setate de divizorul R15, R23.

Tensiunea de la motorul rezistenței variabile R23 este furnizată la baza tranzistorului VT2. În timp ce fotodiodul întunecat este închis în cameră, iar tensiunea de la baza tranzistorului VT2 este ridicată, de aceea este închisă și nu afectează funcționarea circuitului.

Odată cu iluminarea crescândă, fotodiodul se deschide, iar tensiunea de la baza VT2 scade, ceea ce duce la deschiderea acesteia. Un tranzistor deschis printr-o diodă VD9 redirecționează semnalul de la ieșirea amplificatorului op 2 la intrarea comparatorului de pe amplificatorul op 3. Prin urmare, condensatorul C7 nu se încarcă și nici iluminatul nu va fi pornit.

Pentru a împiedica senzorul de lumină să aprindă lumina pe care a venit ziua, funcționarea sa este blocată prin dioda VD8 conectată la ieșirea comparatorului de pe OU4. Condensatorul C10 asigură o întârziere la pornirea senzorului de lumină ambientală atunci când lampa este pornită, prevenind astfel alarmele false ale senzorului.

Puterea dispozitivului este fără transformare. Prin condensatorul de stingere C9, tensiunea de alimentare este alimentată la un redresor realizat pe diodele VD4 și VD6. Ondularea tensiunii redresate este netezită de condensatorul C8, iar tensiunea este stabilizată la 16V de dioda Zener VD3. Această tensiune este utilizată pentru a alimenta etapa cheii de pe tranzistorul VT1, care controlează funcționarea comutatorului de alimentare pe triac VD2.

Pe elementele R2, C3 și VD1 este montat un regulator de tensiune parametru de 9.1V, care este folosit pentru a alimenta toate nodurile dispozitivului: un senzor PIR, un circuit DA1 și Senzor foto de zi pe tranzistorul VT2.

Circuitul descris este produs ca un kit de Master Kit. Setul conține toate componentele radio necesare, o placă de circuit finită și o carcasă pentru asamblarea dispozitivului, prezentată în figura 5. Kitul include, de asemenea, instrucțiuni pentru asamblarea și configurarea dispozitivului.

Deși, în general, circuitul este considerat a fi simplu, și cu o asamblare fără erori din piese funcționabile, ar trebui să înceapă să funcționeze imediat, vreau să atrag atenția asupra faptului că are putere fără transformare. Prin urmare, în timpul montării și punerii în funcțiune, ar trebui să fiți extrem de atenți, să respectați reglementările de siguranță și, chiar mai bine, să folosiți un transformator de izolare.

Figura 5. Carcasă din kit-ul Master Kit

Circuitul intră complet în modul de funcționare într-o oră și jumătate până la două minute de la pornire, de aceea toate setările ar trebui să fie făcute după trecerea acestui timp. Setările sunt simple și sunt reduse la setarea timpului de întârziere necesar de către rezistorul R22, iar cu ajutorul rezistorului R23 este selectat pragul senzorului de lumină.

Pragul senzorului de mișcare este determinat de valoarea rezistenței R11.Dacă este necesară o creștere a sensibilității, valoarea acesteia poate fi oarecum redusă. În consecință, cu un număr mare de pozitive false, va trebui să schimbați valoarea în direcția creșterii.

Figura 6 prezintă o altă diagramă a unui senzor de mișcare infraroșu, care este foarte similar cu circuitul prezentat în figura 3.

Figura 6. Senzor de mișcare infraroșu. Opțiunea 2 (faceți clic pe imagine pentru a mări)

O schemă similară este echipată cu o lampă de căutare cu lampă cu halogen sub forma unui singur dispozitiv și este instalată, de regulă, la intrările gospodăriilor private. Scopul său este să aprindă lumina în curte când sosesc proprietarii casei și, în plus, să îi avertizeze pe proprietari cu privire la pătrunderea oaspeților, inclusiv pe cei neinvitați, în teritoriu. Schema în sine este foarte similară cu cea anterioară și îndeplinește aceleași funcții, astfel încât nu este necesară o descriere detaliată. Să rămânem doar pe noduri individuale.

Ca senzor în infraroșu, se folosește un fototransistor PIR D203C, semnalul de la care este alimentat cipul DA1, la fel ca în circuitul anterior. Sensibilitatea senzorului este reglată de un rezistor VR3 variabil. Senzorul de lumină este realizat pe un fotorezistor CDS, care, prin tranzistorul VT2, blochează funcționarea tranzistorului VT1, care include un releu de control al sarcinii. Prin urmare, în timpul zilei, includerea luminii de căutare nu are loc.

Ca și precedentul, circuitul conține o întârziere de timp, care este efectuată pe condensatorul C14, al cărui timp de descărcare este reglat de o rezistență variabilă VR1. Limitele de ajustare a timpului sunt indicate direct pe diagramă.

Un spot halogen cu senzor de mișcare este proiectat pentru instalare pe stradă, astfel încât pisicile, câinii sau alte animale mici să cadă în zona de acoperire a senzorului, pe lângă oameni. Acest lucru poate provoca declanșarea falsă a senzorilor și includerea luminii.

Pentru a vă proteja împotriva unor astfel de alarme false, se recomandă instalarea unui ecran de protecție în fața senzorului, care va limita oarecum gama de vizibilitate a dispozitivului de jos: este destul să vezi nu întreaga poartă, ci doar jumătatea superioară a acesteia, pentru a distinge persoana care a venit.

În senzorii de mișcare mai complexi, această problemă este rezolvată de microcontroler integrat, care este destul de capabil să determine dimensiunea unui obiect: o mașină, o persoană sau un mouse. Desigur, astfel de senzori sunt mai scumpi.

Comutatoare automate de iluminare cu senzori acustici

pentru controlul luminii în intrările clădirilor de apartamente sunt de asemenea folosite comutatoare optice acustice. Întrerupătoarele conțin un microfon, un senzor optic și un dispozitiv cu cheie de ieșire.

Logica funcționării unor astfel de întrerupătoare este aceeași cu cea a infraroșului: în timpul zilei, microfonul este oprit de un senzor optic, iar pe întuneric iluminarea se va aprinde chiar și cu sunete nesemnificative la intrare. Timpul de expunere este de aproximativ 1 minut, după care se stinge lumina.

Odată cu noua apariție a sunetelor, ciclul se repetă. Sensibilitatea microfonului este astfel încât să scoată sunetul la o distanță de până la 5 m, ceea ce este suficient pentru condițiile de acces. Desigur, un astfel de senzor nu poate fi folosit pe stradă, deoarece lumina se va aprinde din orice sunet, de exemplu, dintr-o mașină care trece pe lângă.

Din punct de vedere structural, comutatoarele optico-acustice sunt disponibile în două versiuni: fie ca o unitate separată montată pe un perete sau pe tavan, fie încorporată în corpuri de iluminat de diferite modele. Astfel de întrerupătoare sunt prezentate în figurile 7, respectiv 8.

Figura 7. Comutator optic-acustic de economisire a energiei EV-05

Figura 8. Lampa EVS-01 cu un întrerupător optic-acustic încorporat

Prețul acestor comutatoare, de regulă, este mai mic decât comutatoarele cu senzor infraroșu, astfel încât acestea pot fi recomandate pentru utilizarea în locuințe și servicii comunale, deși acest lucru nu exclude instalarea senzorilor în infraroșu.

Citește și:Cum să alegeți, să configurați și să conectați un releu foto pentru iluminat exterior sau interior