Automatski prekidači za osvjetljenje s infracrvenim i zvučnim senzorima

Suvremena elementarna baza elektronike omogućava vam stvaranje jednostavnih uređaja u krugu, ali s prilično širokim rasponom funkcija. Prije su takvi uređaji bili dostupni samo za upotrebu u složenim i skupim profesionalnim sustavima, a sada njihova upotreba čini našu svakodnevicu ugodnijom i lakšom.

Ovaj članak govori o upotrebi uređaja infracrveni senzori, Nekada su se takvi senzori koristili uglavnom u sigurnosnim sustavima, a sada nikoga ne iznenađuju vrata koja se otvaraju ispred svake dolazne osobe ili automatsko uključivanje rasvjete u ulaz. I sve to infracrveni senzori! Često ih nazivaju piroelektričnim senzorima.

Piroelektrični senzor. Uređaj i princip rada

Piroelektrični senzori su u principu pasivni. To znači da ne generiraju nikakve elektromagnetske signale, već jednostavno jesu infracrveni prijemnikStoga je za ljude apsolutno bezopasno.

Svaka stavka je infracrveni izvor, i ljudsko tijelo u tom smislu također nije iznimka. Piroelektrični senzori dizajnirani su na takav način da ne reagiraju na samo infracrveno zračenje, njegovu apsolutnu vrijednost, već na njegovu promjenu. Stoga će čak i neznatno pomicanje predmeta, na primjer, osoba osjetiti takav senzor.

Kao primjer, uzmite u obzir piroelektrični senzor IRA-E710 iz Murata. Njegov je uređaj prikazan na slici 1.

Slika 1. IRA-E710 piroelektrični senzorski uređaj

Osnova piroelektričnog senzora je infracrvena osjetljiva fotoćelija koja proizvodi električni signal proporcionalan količini zračenja. Za usklađivanje fotoćelije s krugom i početnim pojačanjem signala koristi se poljski tranzistor.

Ako je senzor ugrađen samo na jednoj fotoćeliji, tada će se aktivirati ne samo od pokretnih predmeta, već i jednostavno od vanjske temperature, sunčeve svjetlosti, radijatora i temperaturnih promjena samog senzora, točnije njegovog tijela.

Drugim riječima, otpornost na buku takvog senzora je preniska. Da biste ga povećali, piroelektrični senzori izrađeni su na temelju dvije fotoćelije uključene u suprotnom smjeru, kao što je prikazano na slici, što vam omogućuje kompenzaciju upravo spomenutih čimbenika.

Takav senzor reagira samo na promjene veličine magnetskog zračenja, što mu omogućuje da se koristi kao detektor pokreta. Još veću pouzdanost rada senzora daje svjetlosni filter podešen na valnu duljinu od 5-14 mikrona. Takvo zračenje je najkarakterističnije za ljudsko tijelo.

No, ne treba misliti da senzor hvata samo kretanje grijanih predmeta. U sobi je uvijek određena infracrvena pozadina, pa pomicanje bilo kojeg predmeta, čak i pri sobnoj temperaturi, uzrokuje promjenu opće pozadine i okidača senzora.

Nedostaci opisanog senzora mogu se pripisati činjenici da je osjetljiv samo na kretanja po cijeloj, tj. S jedne fotoćelije na drugu. Pri kretanju po površinama obje fotoćelije signal se neće generirati. Stoga se prilikom ugradnje takvih senzora trebaju orijentirati u skladu s tim, kao što će se raspravljati gore.

Kako bi se riješili tako štetnog učinka za posebno kritične slučajeve, oni se razvijaju i primjenjuju. senzori temeljeni na četiri fotoćelije, Istina, senzori ove vrste su složeniji i skuplji, što također komplicira shemu njihove veze i upravljanja.

Senzori su dostupni za uobičajenu i površinsku ugradnju (SMD). Njihov izgled prikazan je na slici 2.

Slika 2. Senzori IRA-E710. izgled

Uporaba senzora pokreta

u početku senzori kretanja namijenjen stvaranju protuprovalni sustavi, S razvojem baze elemenata, piroelektrični senzori postali su mnogo jeftiniji i pristupačniji, što im je omogućilo uporabu u domaće svrhe.

To je iznad svega automatsko uključivanje rasvjete, otvaranje vrata, kao i upravljanje sustavima za video nadzor. Takva automatizacija omogućuje vam uštedu značajne količine električne energije ili topline u sobi. Kad se koristi u sustavima video nadzora, sprema se prostor na tvrdom disku računala koji kontrolira rad video sustava.

Algoritam automatskog prekidača svjetla

Kad se svjetlo automatski uključi, na primjer, u ulazu, kad se osoba pojavi u vidnom polju uređaja, osvjetljenje bi se trebalo uključiti i isključiti nakon nekog vremena. Dok je osoba u vidnom polju uređaja, osvjetljenje se ne smije isključiti, brzina zatvarača se povećava. Pri dnevnom svjetlu ne bi trebalo doći do automatskog uključivanja svjetla.

Pod reflektorima sa senzorom pokreta dizajniranim za vanjsku instalaciju također rade točno: osvjetljavanje vrata i dvorišta u blizini kuće, stepenice na ulazu u trgovinu i u drugim slučajevima. Takva reflektori dostupni su zajedno sa senzorom pokreta ili se senzor kretanja može odvojiti.

Jedan od automatski upravljački krugovi osvjetljenja prikazano na slici 3.

Slika 3. Shema kontrole osvjetljenja sa senzora pokreta (kliknite na sliku da biste vidjeli shemu u većem formatu)

Opis kruga

Kao prijemnik infracrvenog zračenja u korištenom krugu piroelektrični senzor PIR1, Ispred njegovih fotoćelija ugrađena je modulacijska rešetka uskih neprozirnih i prozirnih pruga koja se nalazi vodoravno. Stoga se ispostavlja da je za fotodetektor predmet koji se kreće preko pojasa modulacijske rešetke otvoren ili zatvoren, što uzrokuje pojavu naizmjeničnog napona na izlazu senzora.

Prethodno je prikazano na slici 4, koja prikazuje ispravno mjesto senzora. Veličina objekta koji uređaj otkriva određuje se širinom pojasa modulacijske rešetke. Promjenom propusnosti možete prilagoditi osjetljivost uređaja u cjelini. Širina raspona uređaja može se prilagoditi promjenom veličine rešetke modulacije prozora.

Slika 4. Dijagram ugradnje senzora kretanja

Snaga unutarnjeg pojačala PIR1 senzora dovodi se na njegov izlaz 1 preko filtra R1C1. Izlazni signal senzora uklanja se s pina 2 i dovodi se na neinvertirani ulaz operacijskog pojačala 1 čipa LM324 tipa DA1. Ovaj čip su četiri operativna pojačala (op pojačala) koja su međusobno neovisna. Jedino što ih ujedinjuje su zajednički zaključci vlasti i slučaj.

Pojačalo s jačinom od oko 150 montira se na OS1, na koji je izravno spojen PIR1 senzor. Ako nema kretanja u području pokrivanja senzora, tada na izlazu OU1 postoji konstantna razina napona, otprilike polovica napona izvora napajanja.

Kad se u vidnom polju senzora na terminalu 2 otkrije pokretni objekt, pojavljuje se naizmjenični napon koji pojačava OS1. Na izlazu OS1 pojavljuje se varijabilna komponenta koja se preko kondenzatora C2 dovodi do sljedeće faze pojačanja koja se izvodi na OS2 s dobitkom od približno 100.

Nakon ovih faza stiže signal pojačan na potrebnu razinu na ulaz komparatora na OU3 - pin 10 čipa DA1. Razina reakcije komparatora određena je vrijednosti otpornika R8, R11, R20. U početnom je stanju izlazni napon komparatora nizak.

Ako se na izlazu OU2 - izlaz 14 - pojavljuju pravokutni impulsi koji prelaze navedenu razinu rada, na izlazu komparatora OU3 - izlaz 8 - pojavljuje se visoka razina napona, tačnije, i impulsi koji pune kondenzator C7. Dioda VD5 sprječava pražnjenje ovog kondenzatora kroz izlaz komparatora kada je nizak. Stoga se kondenzator može isprazniti samo kroz serijski krug R14 i R22. Pomoću promjenjivog otpornika R22 može se podesiti vrijeme pražnjenja u roku od 5 sekundi ... 5min.

Napon akumuliran na kondenzatoru C7 dovodi se na neinvertirani ulaz drugog komparatora, napravljenog na OS4, čija je razina odziva postavljena razdjelnikom R9, R13. Izlazni signal ovog komparatora dovodi se u bazu tranzistora VT1, koji se pomoću dvosmjerni tiristor VD2 spaja opterećenje.

Vrijeme odziva komparatora na OS4 određeno je vremenom punjenja kondenzatora C7, koje se povećava vremenom odziva senzora: dok se prestane kretanje u vidnom polju uređaja, kondenzator C7 ponovno se puni. Dakle, dok se netko kreće u sobi, nije zagarantirano isključiti osvjetljenje.

Da se osvjetljenje ne uključuje tijekom dnevnog svjetla, uređaj sadrži svjetlosni senzor napravljen na VD7 fotodiodi tipa FD263, koji je uključen u suprotnom smjeru. Načini rada postavljaju se razdjelnikom R15, R23.

Napon od motora varijabilnog otpornika R23 dovodi se u bazu tranzistora VT2. Dok je tamni fotodiod zatvoren u sobi i napon na dnu tranzistora VT2 je visok, stoga je zatvoren i ne utječe na rad kruga.

Uz sve veće osvjetljenje, fotodiod se otvara, a napon u dnu VT2 opada, što dovodi do njegovog otvaranja. Otvoreni tranzistor kroz VD9 diodu usmjerava signal s izlaza op amp 2 na ulaz komparatora na op amp 3. Zbog toga se kondenzator C7 ne puni, a neće se uključiti ni osvjetljenje.

Kako bi se spriječilo da senzor dnevne svjetlosti ne uključi svjetlo koje je došao dan, njegov rad je blokiran preko diode VD8 spojene na izlaz komparatora na OU4. Kondenzator C10 osigurava kašnjenje u uključivanju senzora ambijentalnog svjetla kada se lampica uključi, čime se sprječavaju lažni alarmi senzora.

Snaga uređaja je bez transformatora. Preko gašenja kondenzatora C9 mrežni napon dovodi se u ispravljač napravljen na diodama VD4 i VD6. Osip ispravljenog napona izglađuje se kondenzatorom C8, a napon se staner-diodom VD3 stabilizira na 16 V. Taj se napon koristi za napajanje ključne faze na tranzistoru VT1, koji kontrolira rad prekidača za napajanje na trijačnom VD2.

Parametrski regulator napona od 9,1 V sastavljen je na elementima R2, C3 i VD1, koji se koriste za napajanje svih čvorova uređaja: PIR senzora, mikro-sklopa DA1 i foto senzor za dnevnu svjetlost na tranzistoru VT2.

Opisani krug proizveden je kao Kit. Komplet sadrži sve potrebne radio komponente, gotovu pločicu i kućište za sastavljanje uređaja, prikazano na slici 5. Komplet također sadrži upute za sastavljanje i postavljanje uređaja.

Iako se općenito smatra da je krug jednostavan, a kod montaže bez grešaka iz servisnih dijelova trebao bi početi raditi odmah, želim skrenuti pozornost na činjenicu da ima transformatorsku snagu. Stoga tijekom montaže i stavljanja u pogon morate biti izuzetno oprezni, pridržavati se sigurnosnih propisa, a još bolje, upotrijebiti izolacijski transformator.

Slika 5. Futrola iz kompleta Master Kit

Krug u potpunosti ulazi u režim rada za jednu i pol do dvije minute nakon uključivanja, stoga sve postavke treba izvršiti nakon što protekne to vrijeme. Postavke su jednostavne i svode se na podešavanje potrebnog vremena kašnjenja od strane otpornika R22, a uz pomoć otpornika R23 odabire se prag senzora svjetlosti.

Prag samog senzora kretanja određuje se vrijednosti otpornika R11.Ako je potrebno povećati osjetljivost, njegova se vrijednost može donekle smanjiti. Prema tome, s velikim brojem lažnih pozitivnih vrijednosti, morat ćete mijenjati vrijednost u smjeru povećanja.

Na slici 6. prikazan je još jedan dijagram infracrvenog senzora pokreta, koji je vrlo sličan krugu prikazanom na slici 3.

Slika 6. Infracrveni senzor kretanja. Opcija 2 (kliknite na sliku za povećanje)

Slična shema opremljena je tračnicom s halogenom svjetiljkom u obliku jednog uređaja, a postavlja se, u pravilu, na ulaze privatnih domaćinstava. Njegova je svrha upaliti svjetlo u dvorištu kada stignu vlasnici kuće, a osim toga upozoriti vlasnike o prodiranju gostiju, uključujući i one koji nisu pozvani, na teritorij. Sama shema je vrlo slična prethodnoj i obavlja iste funkcije, pa nije potreban detaljan opis. Zaustavimo se samo na pojedinim čvorovima.

Kao infracrveni senzor koristi se PIR D203C fototransistor, signal iz kojeg se dovodi u DA1 čip, isti kao u prethodnom krugu. Osjetljivost senzora podešava se promjenjivim otpornikom VR3. Senzor svjetla izrađen je na CDS fotoresistoru, koji preko dnevnog tranzistora VT2 blokira rad tranzistora VT1, koji uključuje relej za kontrolu opterećenja. Stoga se danju ne uključuje uključivanje reflektora.

Kao i prethodni, krug sadrži vremensko kašnjenje, koje se izvodi na kondenzatoru C14, čije vrijeme pražnjenja regulira varijabilni otpornik VR1. Granice vremenske prilagodbe označene su izravno na dijagramu.

Halogena žarulja sa senzorom pokreta dizajnirana je za ugradnju na ulicu, tako da mačke, psi ili druge male životinje mogu pasti u područje pokrivanja senzora, osim ljudi. To može uzrokovati lažno aktiviranje senzora i uključivanje svjetlosti.

Da biste se zaštitili od takvih lažnih alarma, preporuča se instalirati zaštitni ekran ispred senzora, što će donekle ograničiti raspon vidljivosti uređaja odozdo: sasvim je dovoljno da ne vidite cijela vrata, već samo njegovu gornju polovicu, kako biste razlikovali osobu koja je došla.

Kod složenijih senzora pokreta ovaj se problem rješava integrirani mikrokontroler, koji sasvim može odrediti veličinu predmeta: stroj, osoba ili miš. Naravno, takvi su senzori skuplji.

Automatske sklopke za osvjetljenje sa zvučnim senzorima

za kontrola svjetla u ulazima stambenih zgrada također se koriste optičke akustičke sklopke, Prekidači sadrže mikrofon, optički senzor i uređaj za izlazni ključ.

Logika rada takvih sklopki je ista kao kod infracrvene: danju mikrofon isključuje optički senzor, a u mraku će se osvjetljenje uključiti čak i s beznačajnim zvukovima na ulazu. Vrijeme izlaganja je oko 1 minute, nakon čega se svjetlost ugašava.

S novom pojavom zvukova ciklus se ponavlja. Osjetljivost mikrofona je takva da čuje zvuk na udaljenosti do 5 m, što je sasvim dovoljno za uvjete pristupa. Naravno, takav se senzor ne može koristiti na ulici, jer će se svjetlost upaliti od bilo kojeg zvuka, primjerice, automobila koji prolazi.

U strukturnom smislu optički-akustički prekidači dostupni su u dvije verzije: bilo kao zasebna jedinica ugrađena na zid ili strop, bilo ugrađena u svjetiljke različitih dizajna. Takvi su prekidači prikazani na slikama 7 i 8.

Slika 7. Optičko-akustička sklopka za uštedu energije EV-05

Slika 8. Svjetiljka ÉVS-01 s integriranim optičko-akustičkim prekidačem

Cijena takvih prekidača u pravilu je manja od sklopki s infracrvenim senzorom, pa se mogu preporučiti za uporabu u stambeno-komunalnim uslugama, mada to ne isključuje ugradnju infracrvenih senzora.

Pročitajte i:Kako odabrati, konfigurirati i spojiti foto relej za vanjsku ili unutarnju rasvjetu