Automatikus világításkapcsolók infravörös és akusztikus érzékelőkkel

Az elektronika modern elemi alapja lehetővé teszi az eszközök egyszerű áramköri elkészítését, de meglehetősen széles körű funkciókkal. Korábban az ilyen eszközök csak összetett és drága professzionális rendszerekben voltak elérhetők, és most már használatuk kényelmesebbé és könnyebbé teszi a mindennapi életünket.

Ez a cikk a készülékeket használja infravörös érzékelők. Az ilyen érzékelőket főleg a biztonsági rendszerekben használták, és most senkit sem lep meg a bejövő személy előtt nyitott ajtók vagy a világítás automatikus beépítése a bejáratba. És mindezt infravörös érzékelők! Gyakran piroelektromos érzékelőknek hívják őket.

Piroelektromos érzékelő. Készülék és működési elv

A piroelektromos érzékelők elvben passzív elemek. Ez azt jelenti, hogy nem generálnak semmilyen elektromágneses jelet, hanem egyszerűen csak vannak infravörös vevőEzért az emberek számára ez teljesen ártalmatlan.

Minden elem van infravörös forrás, és az emberi test ebben az értelemben sem kivétel. A piroelektromos érzékelőket úgy tervezték, hogy nem reagálnak az infravörös sugárzásra, annak abszolút értékére, hanem a változására. Ezért egy objektum még egy csekély mozgást is érzékelhet egy ilyen érzékelővel.

Példaként vegye figyelembe a Murata IRA-E710 piroelektromos érzékelőjét. Eszközét az 1. ábra mutatja.

1. ábra. IRA-E710 piroelektromos érzékelő eszköz

A piroelektromos érzékelő alapja egy infravörös érzékeny fotocella, amely a sugárzás mennyiségével arányos elektromos jelet bocsát ki. A fotocellának az áramközzel és a kezdeti jel-erősítéssel való összehangolására egy mezőhatású tranzisztorot használunk.

Ha az érzékelőt csak egy fotocellara építik fel, akkor nem csak a mozgó tárgyak miatt, hanem egyszerűen a külső hőmérséklettől, a napfénytől, a radiátoroktól és magának az érzékelőnek, vagy inkább a testnek a hőmérséklet-változásaiból indul ki.

Más szavakkal, egy ilyen érzékelő zajszennyezettsége túl alacsony. Ennek növelése érdekében a piroelektromos érzékelőket két, az ellenkező irányba beépített fotocella alapján készítik, amint az az ábrán látható, amely lehetővé teszi az éppen említett tényezők kompenzálását.

Egy ilyen érzékelő csak a sugárzás mértékének változására reagál, ami lehetõvé teszi mozgásérzékelõként való felhasználását. Az érzékelő működésének még nagyobb megbízhatóságát az 5-14 mikron hullámhosszra beállított fényszűrő biztosítja. Az ilyen sugárzás a legjellemzőbb az emberi testre.

Nem szabad azonban azt gondolni, hogy az érzékelő csak a felmelegített tárgyak mozgását veszi fel. A helyiségben mindig van bizonyos infravörös háttér, így bármilyen tárgy mozgatása, akár környezeti hőmérsékleten is, megváltoztatja az általános hátteret, és az érzékelő kiold.

A leírt érzékelő hátrányai közé tartozik az a tény, hogy csak a keresztirányú mozgásokra érzékeny, azaz egyik fotocelláról a másikra. Ha mindkét fotocellás felület mentén mozog, a jel nem jön létre. Ezért az ilyen érzékelők telepítésekor megfelelő irányba kell őket fordítani, amint azt fentebb tárgyaljuk.

Az ilyen káros hatásoktól való megszabaduláshoz - különösen kritikus esetekben - kifejlesztették és alkalmazzák négy fotocellán alapuló érzékelők. Igaz, hogy az ilyen típusú szenzorok összetettebbek és drágábbak, ami szintén bonyolítja a csatlakozásuk és vezérlésük sémáját.

Érzékelők kaphatók a hagyományos és a felületre szerelhető (SMD) szereléshez. Megjelenésüket a 2. ábra mutatja.

2. ábra. IRA-E710 érzékelők. megjelenés

A mozgásérzékelők használata

kezdetben mozgásérzékelők létrehozására szánták betörésjelző rendszerek. Az elembázis fejlesztésével a piroelektromos érzékelők sokkal olcsóbbá és megfizethetőbbé váltak, ami lehetővé tette számukra háztartási célokra történő felhasználást.

Mindenekelőtt a világítás automatikus beépítése, ajtónyitás, valamint a videó megfigyelő rendszerek irányítása. Az ilyen automatizálás lehetővé teszi jelentős mennyiségű villamos energia vagy hő megtakarítását a helyiségben. Videómegfigyelő rendszerekben történő felhasználáskor helyet takarítanak meg a számítógép merevlemezén, amely a videórendszer működését vezérli.

Az automatikus fénykapcsoló algoritmusa

Ha a fény automatikusan bekapcsol, például egy bejáratnál, amikor egy személy megjelenik az eszköz látómezőjében, akkor a világításnak be kell kapcsolnia és egy idő múlva ki kell kapcsolnia. Amíg egy személy a készülék látóterében van, a világításnak nem szabad kikapcsolnia, a redőny sebessége növekszik. Nappali fényben nem szabad automatikusan bekapcsolnia a fényt.

A kültéri beépítésre tervezett mozgásérzékelővel ellátott reflektorfényszórók szintén pontosan működnek: megvilágítják a ház közelében lévő kapukat és az udvarot, a boltok bejáratánál lépcsőket és egyéb esetekben. Az ilyen reflektorok mozgásérzékelővel együtt kaphatók, vagy a mozgásérzékelő külön lehet.

Az egyik automatikus világításvezérlő áramkörök a 3. ábrán látható.

3. ábra: Világításvezérlő séma egy mozgásérzékelőből (kattintson a képre a séma nagyobb formátumának megtekintéséhez)

Az áramkör leírása

Infravörös sugárzás vevőként a használt áramkörben PIR1 piroelektromos érzékelő. A fotocellák elõtt egy keskeny, átlátszatlan és átlátszó csík modulációs rácsát telepítik, amely vízszintesen helyezkedik el. Ezért kiderül, hogy egy fotodetektor esetében a modulációs rács sávjain áthaladó tárgy nyitva vagy zárva van, ami váltakozó feszültség megjelenését okozza az érzékelő kimenetén.

A fentieket a 4. ábra szemlélteti, amely az érzékelő helyes helyzetét mutatja. Az eszköz által érzékelt objektum méretét a modulációs rács sávszélessége határozza meg. A sávszélesség megváltoztatásával beállíthatja az eszköz egészének érzékenységét. Az eszköz tartományának szélessége az ablakmodulációs rács méretének megváltoztatásával állítható be.

4. ábra. A mozgásérzékelő beépítési rajza

A PIR1 érzékelő belső erősítőjének teljesítményét az R1C1 szűrőn keresztül az 1. kimenetre továbbítják. Az érzékelő kimeneti jelét eltávolítják a 2. érintkezőből és továbbítják a DA1 típusú LM324 chip 1. működési erősítőjének nem invertáló bemenetéhez. Ez a chip négy, egymástól független operációs erősítő (op erősítő). Az egyetlen, ami egyesíti őket, a közös hatalmi következtetések és az eset.

Kb. 150 erősítéssel rendelkező erősítőt szerelünk az OS1-hez, amelyhez a PIR1 érzékelő közvetlenül csatlakozik. Ha nincs mozgás az érzékelő lefedettségi területén, akkor az OS1 kimenetén állandó feszültségszintet, az áramforrás feszültségének körülbelül felét tartják fenn.

Ha mozgó tárgyat érzékelnek az érzékelő látóterében a 2. kapocson, váltakozó feszültség jelenik meg, amelyet az OS1 erősít. Az OS1 kimenetén egy változó elem jelenik meg, amelyet a C2 kondenzátoron keresztül továbbjuttatunk az OS2-ben végrehajtott következő erősítési szakaszhoz kb. 100 erősítéssel.

Ezen szakaszok után megérkezik a kívánt szintre erősített jel a komparátor bemenetéhez on OU3 - az DA1 chip 10. érintkezője. Az összehasonlító válasz szintjét az R8, R11, R20 ellenállások értéke határozza meg. Kezdeti állapotban a komparátor kimeneti feszültsége alacsony.

Ha az ОУ2 - 14-es kimenetnél - téglalap alakú impulzusok jelennek meg, amelyek meghaladják a meghatározott működési szintet, akkor az ОУ3-komparátor kimenetén - 8. kimenet - magas feszültségszint jelenik meg, pontosabban, a C7 kondenzátort töltő impulzusok is. A VD5 dióda megakadályozza e kondenzátor kisülését a komparátor kimenetén keresztül, amikor alacsony. Ezért a kondenzátort csak az R14 és R22 soros áramkörökön keresztül lehet üríteni. Az R22 változó ellenállás használatával a kisülési idő 5 másodpercenként ... 5 perc alatt beállítható.

A C7 kondenzátoron felhalmozódott feszültséget a második komparátor nem-invertáló bemenetére tápláljuk, amelyet az OS4-en készítünk, amelynek válaszszintjét az R9, R13 osztó állítja be. Ennek a komparátornak a kimeneti jelét a VT1 tranzisztor aljára tápláljuk, amely a triac A VD2 összeköti a terhelést.

Az összehasonlító reakcióidejét az OS4-en a C7 kondenzátor töltési ideje határozza meg, amely az érzékelő válaszidejével növekszik: mindaddig, amíg az eszköz látómezőjében a mozgás meg nem áll, a C7 kondenzátor újratöltődik. Így, amíg valaki a helyiségben mozog, a világítás nem garantált, hogy kikapcsol.

Annak érdekében, hogy a világítás nem kapcsol be nappali órákban, az eszköz tartalmaz egy fényérzékelőt, amely egy FD263 típusú VD7 fotodiodjára készül, és az ellenkező irányba kapcsol be. A működési módokat az R15, R23 elválasztó állítja be.

Az R23 változó ellenállás motorjának feszültsége a VT2 tranzisztor aljára kerül. Amíg a sötét fotodiod a szobában zárva van, és a VT2 tranzisztor alján a feszültség magas, ezért zárva van, és nem befolyásolja az áramkör működését.

A megvilágítás növekedésével a fotodiod kinyílik, és a VT2 alján levő feszültség csökken, ami a kinyílásához vezet. A VD9 diódán keresztüli nyitott tranzisztor a jelet a 2. op-erősítő kimenetéből a komparátor bemenete felé irányítja. Ezért a C7 kondenzátor nem töltődik, és a világítás sem lesz bekapcsolva.

Annak elkerülése érdekében, hogy a nappali fényérzékelő kapcsolja be a nap fényét, működését blokkolja a VD8 dióda, amely az OU4 komparátor kimenetéhez van csatlakoztatva. A C10 kondenzátor késlelteti a környezeti fényérzékelő bekapcsolását, amikor a lámpa bekapcsol, és ezzel megakadályozza az érzékelő hamis riasztását.

A készülék teljesítménye transzformátor nélküli. A C9 hűtőkondenzátoron keresztül a hálózati feszültséget a VD4 és VD6 diódákra készített egyenirányítóhoz vezetik. Az egyenirányított feszültség hullámzását a C8 kondenzátor simítja, és a feszültséget 16 V-on a VD3 Zener-dióda stabilizálja. Ezt a feszültséget a VT1 tranzisztor kulcsfontosságú szakaszának táplálására használják, amely a VD2 triacán lévő tápkapcsoló működését vezérli.

Az R2, C3 és VD1 elemekre egy 9,1 V-os paraméteres feszültségszabályozó van felszerelve, amelyet a készülék összes csomópontjának táplálására használnak: PIR érzékelőt, DA1 mikroáramkört és nappali fényérzékelő a VT2 tranzisztoron.

A leírt áramkört készletként a Master Kit gyártja. A készlet tartalmazza az összes szükséges rádió alkatrészt, az elkészített áramköri kártyát és az eszköz összeszereléséhez szükséges házat (lásd az 5. ábrát). A készlet tartalmaz utasításokat az eszköz összeszerelésére és beállítására.

Noha általában az áramkört egyszerűnek tekintik, és mivel a szervizelhető alkatrészekből hibamentesen szerelhető, azonnal el kell kezdenie működni, felhívom a figyelmet arra a tényre, hogy transzformátor nélküli árammal rendelkezik. Ezért az összeszerelés és az üzembe helyezés során rendkívül óvatosnak kell lennie, be kell tartania a biztonsági előírásokat, és még jobb, ha szigetelő transzformátort használ.

5. ábra. Üveg a Master Kit készletből

Az áramkör a bekapcsolástól számított másfél-két perc alatt teljes mértékben bekapcsol az üzemmódba, ezért az idő elteltével minden beállítást el kell végezni. A beállítások egyszerűek, és az R22 ellenállás által a kívánt késleltetési idő beállítására csökkennek, és az R23 ellenállás segítségével kiválasztják a fényérzékelő küszöbértékét.

Maga a mozgásérzékelő küszöbértékét az R11 ellenállás értéke határozza meg.Ha növelni kell az érzékenységet, annak értéke kissé csökkenthető. Ennek megfelelően nagy számú hamis pozitív esetén meg kell változtatnia az értéket a növekedés irányába.

A 6. ábra egy infravörös mozgásérzékelő egy másik diagramját mutatja, amely nagyon hasonló a 3. ábrán bemutatott áramkörhöz.

6. ábra. Infravörös érzékelő. 2. lehetőség (kattintson a képre a nagyításhoz)

Egy hasonló séma hajtóművel van felszerelve, amely halogénlámpával rendelkezik egyetlen eszköz formájában, és rendszerint a magánháztartások bejáratára telepíti. Célja, hogy a ház tulajdonosának megérkezésekor bekapcsolja az udvaron a világítást, és ezen kívül figyelmeztesse a tulajdonosokat a vendégek - ideértve a meg nem hívott vendégeket is - bejutására a területre. Maga a séma nagyon hasonlít az előzőhöz, és ugyanazokat a funkciókat hajtja végre, ezért részletes leírás nem szükséges. Csak az egyes csomópontokon lakozzunk.

Infravörös érzékelőként PIR D203C fototranzisztorot használunk, amelynek a jelét az DA1 chiphez továbbítják, ugyanúgy, mint az előző áramkörben. Az érzékelő érzékenységét egy változó VR3 ellenállás állítja be. A fényérzékelőt egy CDS fotorezisztoron készítik, amely a VT2 nappali fénytranzisztoron keresztül blokkolja a VT1 tranzisztor működését, amely terhelésvezérlő relét tartalmaz. Ezért nappal nem történik meg a fényszóró beillesztése.

Az előzőhöz hasonlóan az áramkör tartalmaz egy késleltetést is, amelyet a C14 kondenzátoron hajtunk végre, amelynek kisülési idejét egy változó VR1 ellenállás szabályozza. Az időbeállítási határértékeket közvetlenül a diagram mutatja.

A mozgásérzékelővel ellátott halogén spotlámpát az utcára történő felszerelésre tervezték, így macskák, kutyák vagy más apró állatok az emberek mellett eshetnek az érzékelő lefedettségi területére. Ez az érzékelők téves kioldását és a fény bejutását okozhatja.

Az ilyen hamis riasztások elkerülése érdekében ajánlott az érzékelő elé helyezni egy védő képernyőt, amely valamivel korlátozza az eszköz látótávolságát alulról: elég, ha nem az egész kaput látja, hanem csak annak felső felét, hogy megkülönböztesse a jövevényt.

Bonyolultabb mozgásérzékelőknél ezt a problémát megoldja integrált mikrokontroller, amely eléggé képes meghatározni egy objektum méretét: gép, személy vagy egér. Természetesen az ilyen érzékelők drágábbak.

Automatikus világításkapcsolók akusztikus érzékelőkkel

mert fényvezérlés az apartmanházak bejáratánál szintén használják optikai akusztikus kapcsolók. A kapcsolók tartalmaznak mikrofont, optikai érzékelőt és egy kimeneti kulcs eszközt.

Az ilyen kapcsolók működésének logikája megegyezik az infravörös logikájával: nappal a mikrofont egy optikai érzékelő kapcsolja ki, és sötétben a világítás akkor is bekapcsol, ha a bejáratnál jelentéktelen hangok szólnak. Az expozíció ideje körülbelül 1 perc, amely után a fény kialszik.

A hangok új megjelenésével a ciklus megismétlődik. A mikrofon érzékenysége olyan, hogy 5 m távolságban felveszi a hangot, ami elégséges a hozzáférési feltételekhez. Természetesen egy ilyen érzékelőt nem lehet az utcán használni, mert a fény minden hangból bekapcsol, például egy elhaladó autóból.

Strukturálisan az akusztikai-optikai kapcsolók kétféle változatban kaphatók: akár külön falra vagy mennyezetre szerelt egységként, akár különféle kivitelű lámpatestekhez beépítve. Az ilyen kapcsolókat a 7. és a 8. ábra mutatja.

7. ábra: Optikai-akusztikus energiatakarékos kapcsoló EV-05

8. ábra: Az EVS-01 lámpa beépített optikai-akusztikus kapcsolóval

Az ilyen kapcsolók ára általában alacsonyabb, mint az infravörös érzékelővel ellátott kapcsolóknál, tehát a házakban és a kommunális szolgáltatásokban való használatra ajánlhatók, bár ez nem zárja ki az infravörös érzékelők telepítését.

Olvassa el még:Hogyan válasszon ki, konfigurálhat és csatlakoztathat fotórelét kültéri vagy beltéri világításhoz