Interruptores automáticos de iluminación con sensores infrarrojos y acústicos.

La moderna base elemental de la electrónica le permite crear dispositivos simples en circuitos, pero que tienen una gama bastante amplia de funciones. Anteriormente, dichos dispositivos solo estaban disponibles para su uso en sistemas profesionales complejos y costosos, y ahora su uso hace que nuestra vida cotidiana sea más cómoda y fácil.

Este artículo hablará sobre los electrodomésticos que usan sensores infrarrojos. Una vez que dichos sensores se utilizaron principalmente en sistemas de seguridad, ahora nadie se sorprende con las puertas que se abren frente a cada persona entrante o la inclusión automática de iluminación en la entrada. Y todo esto sensores infrarrojos! A menudo se llaman sensores piroeléctricos.

Sensor piroeléctrico. Dispositivo y principio de funcionamiento.

Los sensores piroeléctricos son pasivos en principio. Esto significa que no generan ninguna señal electromagnética, sino que simplemente son receptor de infrarrojosPor lo tanto, para los humanos es absolutamente inofensivo.

Cada artículo es fuente de infrarrojos, y el cuerpo humano en este sentido tampoco es una excepción. Los sensores piroeléctricos están diseñados de tal manera que no responden a la radiación infrarroja en sí, su valor absoluto, sino más bien a su cambio. Por lo tanto, incluso un ligero movimiento de un objeto, por ejemplo, una persona será detectada por dicho sensor.

Como ejemplo, considere el sensor piroeléctrico IRA-E710 de Murata. Su dispositivo se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Dispositivo sensor piroeléctrico IRA-E710

La base del sensor piroeléctrico es una fotocélula sensible al infrarrojo que produce una señal eléctrica proporcional a la cantidad de radiación. Para hacer coincidir la fotocélula con el circuito y la amplificación de la señal inicial, se utiliza un transistor de efecto de campo.

Si el sensor se basa en una sola fotocélula, se disparará no solo por los objetos en movimiento, sino también por la temperatura externa, la luz solar, los radiadores y los cambios de temperatura del sensor, o más bien de su cuerpo.

En otras palabras, la inmunidad al ruido de dicho sensor es demasiado baja. Para aumentarlo, los sensores piroeléctricos se fabrican sobre la base de dos fotocélulas incluidas en la dirección opuesta, como se muestra en la figura, lo que le permite compensar los factores que se acaban de mencionar.

Tal sensor solo responde a cambios en la magnitud de la radiación, lo que permite que se use como detector de movimiento. Un filtro de luz sintonizado a una longitud de onda de 5-14 micras proporciona una fiabilidad aún mayor en el funcionamiento del sensor. Tal radiación es la más característica del cuerpo humano.

Sin embargo, no se debe pensar que el sensor capta solo el movimiento de objetos calientes. Siempre hay un cierto fondo infrarrojo en la habitación, por lo que mover cualquier objeto, incluso con la temperatura ambiente, provoca un cambio en el fondo general y el sensor se dispara.

Las desventajas del sensor descrito se pueden atribuir al hecho de que es sensible solo a los movimientos, es decir, de una fotocélula a otra. Al moverse a lo largo de las superficies de ambas fotocélulas, la señal no se generará. Por lo tanto, al instalar tales sensores, deben orientarse en consecuencia, como se discutirá anteriormente.

Para deshacerse de un efecto tan dañino para casos especialmente críticos, se desarrollan y aplican. sensores basados ​​en cuatro fotocélulas. Es cierto que los sensores de este tipo son más complejos y costosos, lo que también complica el esquema de su conexión y control.

Los sensores están disponibles para montaje convencional y montaje en superficie (SMD). Su apariencia se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Sensores IRA-E710. Apariencia

El uso de sensores de movimiento.

Originalmente sensores de movimiento destinado a crear sistemas de alarma antirrobo. Con el desarrollo de la base del elemento, los sensores piroeléctricos se volvieron mucho más baratos y asequibles, lo que permitió su uso doméstico.

Es sobre todo inclusión automática de iluminación, apertura de puertas, así como gestión de sistemas de videovigilancia. Dicha automatización le permite ahorrar una cantidad significativa de electricidad o calor en la habitación. Cuando se usa en sistemas de videovigilancia, se ahorra espacio en los discos duros de la computadora que controla el funcionamiento del sistema de video.

El algoritmo del interruptor de luz automático.

Cuando la luz se enciende automáticamente, por ejemplo, en la entrada, cuando aparece una persona en el campo de visión del dispositivo, la iluminación debe encenderse y, después de un tiempo, apagarse. Mientras una persona está en el campo de visión del dispositivo, la iluminación no debe apagarse, la velocidad del obturador aumenta. A la luz del día, la inclusión automática de luz no debe ocurrir.

Los focos con un sensor de movimiento diseñado para instalación en exteriores también funcionan exactamente: alumbrando las puertas y el patio cerca de la casa, las escaleras a la entrada de la tienda y en otros casos. Dichos focos están disponibles junto con un sensor de movimiento, o el sensor de movimiento puede estar separado.

Uno de circuitos automáticos de control de iluminación se muestra en la figura 3.

Figura 3. Esquema de control de iluminación desde un sensor de movimiento (haga clic en la imagen para ver el esquema en un formato más grande)

Descripción del circuito.

Como receptor de radiación infrarroja en el circuito utilizado sensor piroeléctrico PIR1. Frente a sus fotocélulas, se instala una red de modulación de estrechas franjas opacas y transparentes, que se ubica horizontalmente. Por lo tanto, resulta que para un fotodetector, un objeto que se mueve a través de las bandas de la rejilla de modulación está abierto o cerrado, lo que provoca la aparición de un voltaje alterno en la salida del sensor.

Lo anterior se ilustra en la Figura 4, que muestra la ubicación correcta del sensor. El tamaño del objeto detectado por el dispositivo está determinado por el ancho de banda de la rejilla de modulación. Al cambiar el ancho de banda, puede ajustar la sensibilidad del dispositivo en su conjunto. El ancho del rango del dispositivo se puede ajustar cambiando el tamaño de la red de modulación de ventana.

Figura 4. Diagrama de instalación del sensor de movimiento

La potencia del amplificador interno del sensor PIR1 se suministra a su salida 1 a través del filtro R1C1. La señal de salida del sensor se elimina del pin 2 y se alimenta a la entrada no inversora del amplificador operacional 1 del chip DA1 tipo LM324. Este chip consta de cuatro amplificadores operacionales (amplificadores operacionales) independientes entre sí. Lo único que los une son las conclusiones de poder comunes y el caso.

Se ensambla un amplificador con una ganancia de aproximadamente 150 en OS1, al que se conecta directamente el sensor PIR1. Si no hay movimiento en el área de cobertura del sensor, entonces a la salida de OS1 se mantiene un nivel de voltaje constante, aproximadamente la mitad del voltaje de la fuente de energía.

Cuando se detecta un objeto en movimiento en el campo de visión del sensor en el terminal 2, aparece un voltaje alterno, que se amplifica por OS1. En la salida de OS1, aparece un componente variable, que se alimenta a través de un condensador C2 a la siguiente etapa de amplificación realizada en OS2 con una ganancia de aproximadamente 100.

Después de estas etapas, llega la señal amplificada al nivel requerido a la entrada del comparador en OU3 - pin 10 del chip DA1. El nivel de respuesta del comparador está determinado por el valor de las resistencias R8, R11, R20. En el estado inicial, el voltaje de salida del comparador es bajo.

Si a la salida de ОУ2 - salida 14 - aparecen pulsos rectangulares que exceden el nivel de operación especificado, en la salida del comparador ОУ3 - salida 8 - aparecerá un nivel de alto voltaje, más precisamente, los pulsos que cargan el condensador C7. El diodo VD5 evita la descarga de este condensador a través de la salida del comparador cuando está bajo. Por lo tanto, el condensador solo se puede descargar a través del circuito serie R14 y R22. Usando una resistencia variable R22, el tiempo de descarga se puede configurar en 5 segundos ... 5min.

La tensión acumulada en el condensador C7 se suministra a la entrada no inversora del segundo comparador, realizada en el OS4, cuyo nivel de respuesta se establece mediante el divisor R9, R13. La señal de salida de este comparador se alimenta a la base del transistor VT1, que, utilizando triac VD2 conecta la carga.

El tiempo de respuesta del comparador en el OS4 está determinado por el tiempo de carga del condensador C7, que aumenta según el tiempo de respuesta del sensor: hasta que el movimiento en el campo de visión del dispositivo se haya detenido, el condensador C7 se recargará. Por lo tanto, mientras alguien se mueve en la habitación, no se garantiza que la iluminación se apague.

Para que la iluminación no se encienda durante las horas del día, el dispositivo contiene un sensor de luz hecho en un fotodiodo VD7 del tipo FD263, que se enciende en la dirección opuesta. Los modos de operación son establecidos por el divisor R15, R23.

El voltaje del motor de la resistencia variable R23 se suministra a la base del transistor VT2. Mientras el fotodiodo oscuro está cerrado en la habitación y el voltaje en la base del transistor VT2 es alto, por lo tanto, está cerrado y no afecta el funcionamiento del circuito.

Con una iluminación creciente, el fotodiodo se abre y el voltaje en la base de VT2 cae, lo que conduce a su apertura. Un transistor abierto a través de un diodo VD9 desvía la señal desde la salida del amplificador operacional 2 a la entrada del comparador en el amplificador operacional 3. Por lo tanto, el condensador C7 no se carga y la iluminación tampoco se encenderá.

Para evitar que el sensor de luz diurna encienda la luz del día, su funcionamiento se bloquea a través del diodo VD8 conectado a la salida del comparador en OU4. El condensador C10 proporciona un retraso al encender el sensor de luz ambiental cuando se enciende la lámpara, evitando así falsas alarmas del sensor.

El poder del dispositivo no tiene transformador. A través del condensador de enfriamiento C9, la tensión de red se suministra a un rectificador hecho en los diodos VD4 y VD6. La ondulación del voltaje rectificado es suavizada por el capacitor C8, y el voltaje es estabilizado a 16V por el diodo Zener VD3. Este voltaje se utiliza para alimentar la etapa clave en el transistor VT1, que controla el funcionamiento del interruptor de alimentación en el triac VD2.

Se ensambla un regulador de voltaje paramétrico de 9.1V en los elementos R2, C3 y VD1, que se usa para alimentar todos los nodos del dispositivo: un sensor PIR, microcircuito DA1 y sensor de luz diurna en el transistor VT2.

El circuito descrito es producido como un kit por Master Kit. El kit contiene todos los componentes de radio necesarios, una placa de circuito terminada y una carcasa para ensamblar el dispositivo, que se muestra en la Figura 5. El kit también incluye instrucciones para ensamblar y configurar el dispositivo.

Aunque en general el circuito se considera simple, y con un ensamblaje libre de errores de partes reparables, debería comenzar a funcionar de inmediato, quiero llamar la atención sobre el hecho de que tiene una potencia sin transformador. Por lo tanto, durante el montaje y la puesta en servicio, debe tener mucho cuidado, cumplir con las normas de seguridad y, lo que es mejor, usar un transformador de aislamiento.

Figura 5. Estuche del kit Master Kit

El circuito ingresa completamente al modo de operación en uno y medio o dos minutos después de encenderse, por lo tanto, todos los ajustes deben realizarse una vez transcurrido este tiempo. Los ajustes son simples y se reducen a establecer el tiempo de retardo requerido por la resistencia R22, y con la ayuda de la resistencia R23 se selecciona el umbral del sensor de luz.

El umbral del sensor de movimiento en sí está determinado por el valor de la resistencia R11.Si es necesario un aumento de la sensibilidad, su valor puede reducirse un poco. En consecuencia, con una gran cantidad de falsos positivos, tendrá que cambiar el valor en la dirección del aumento.

La Figura 6 muestra otro diagrama de un sensor de movimiento infrarrojo, que es muy similar al circuito que se muestra en la Figura 3.

Figura 6. Sensor de movimiento infrarrojo. Opción 2 (haga clic en la imagen para ampliarla)

Un esquema similar está equipado con un reflector con una lámpara halógena en forma de un solo dispositivo, y se instala, por regla general, en las entradas de los hogares privados. Su propósito es encender la luz en el patio cuando llegan los propietarios de la casa y, además, advertir a los propietarios sobre la penetración de invitados, incluidos los no invitados, en el territorio. El esquema en sí es muy similar al anterior y realiza las mismas funciones, por lo que no se requiere una descripción detallada. Detengámonos solo en nodos individuales.

Como sensor de infrarrojos, se utiliza un fototransistor PIR D203C, cuya señal se alimenta al chip DA1, igual que en el circuito anterior. La sensibilidad del sensor se ajusta mediante una resistencia variable VR3. El sensor de luz está hecho en un fotoresistor CDS que, a través del transistor de luz natural VT2, bloquea la operación del transistor VT1, que incluye un relé de control de carga. Por lo tanto, durante el día, la inclusión del reflector no se produce.

Al igual que el anterior, el circuito contiene un retraso de tiempo, que se realiza en el condensador C14, cuyo tiempo de descarga está regulado por una resistencia variable VR1. Los límites de ajuste de tiempo se indican directamente en el diagrama.

Un foco halógeno con sensor de movimiento está diseñado para instalarse en la calle, de modo que los gatos, perros u otros animales pequeños pueden caer en el área de cobertura del sensor, además de las personas. Esto puede provocar una activación falsa de los sensores y la inclusión de la luz.

Para protegerse contra tales falsas alarmas, se recomienda instalar una pantalla protectora frente al sensor, lo que limitará un poco el rango de visibilidad del dispositivo desde abajo: es suficiente para ver no toda la puerta, sino solo su mitad superior, para distinguir a la persona que ha venido.

En sensores de movimiento más complejos, este problema se resuelve con microcontrolador integrado, que es bastante capaz de determinar el tamaño de un objeto: una máquina, una persona o un mouse. Por supuesto, tales sensores son más caros.

Interruptores automáticos de iluminación con sensores acústicos.

Para control de luz en las entradas de edificios de apartamentos también se utilizan interruptores acústicos ópticos. Los interruptores contienen un micrófono, un sensor óptico y un dispositivo clave de salida.

La lógica del funcionamiento de dichos interruptores es la misma que la del infrarrojo: durante el día, el micrófono es apagado por un sensor óptico, y en la oscuridad la iluminación se encenderá incluso con sonidos insignificantes en la entrada. El tiempo de exposición es de aproximadamente 1 minuto, después del cual se apaga la luz.

Con la nueva aparición de sonidos, el ciclo se repite. La sensibilidad del micrófono es tal que capta el sonido a una distancia de hasta 5 m, que es suficiente para las condiciones de acceso. Por supuesto, dicho sensor no se puede usar en la calle, porque la luz se encenderá por cualquier sonido, por ejemplo, de un automóvil que pasa.

Estructuralmente, los interruptores óptico-acústicos están disponibles en dos versiones: ya sea como una unidad separada montada en una pared o techo, o incorporados a luminarias de varios diseños. Tales interruptores se muestran en las figuras 7 y 8, respectivamente.

Figura 7. Interruptor de ahorro de energía óptico-acústico EV-05

Figura 8. La lámpara EVS-01 con un interruptor óptico-acústico incorporado

El precio de tales interruptores suele ser menor que los interruptores con un sensor infrarrojo, por lo que pueden recomendarse para su uso en viviendas y servicios comunales, aunque esto no excluye la instalación de sensores infrarrojos.

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