Automātiski apgaismojuma slēdži ar infrasarkanajiem un akustiskajiem sensoriem

Mūsdienu elektronikas elementārā bāze ļauj jums izveidot ierīces, kas vienkāršas shēmās, bet kurām ir diezgan plašs funkciju klāsts. Iepriekš šādas ierīces bija pieejamas izmantošanai tikai sarežģītās un dārgās profesionālās sistēmās, un tagad to lietošana padara mūsu ikdienu ērtāku un vieglāku.

Šajā rakstā tiks runāts par ierīcēm, kuras izmanto infrasarkanie sensori. Kādreiz šādus sensorus galvenokārt izmantoja drošības sistēmās, tagad nevienu nepārsteidz durvis, kas atveras katra ienākošā cilvēka priekšā, vai automātiska apgaismojuma iekļaušana ieejā. Un tas viss infrasarkanie sensori! Bieži vien tos sauc par piroelektriskiem sensoriem.

Piroelektriskais sensors. Ierīce un darbības princips

Piroelektriskie sensori principā ir pasīvi. Tas nozīmē, ka tie nerada nekādus elektromagnētiskus signālus, bet vienkārši ir infrasarkano staru uztvērējsTāpēc cilvēkiem tas ir absolūti nekaitīgs.

Katra prece ir infrasarkanais avots, un arī cilvēka ķermenis šajā ziņā nav izņēmums. Piroelektriskie sensori ir konstruēti tādā veidā, ka tie nereaģē uz pašu infrasarkano starojumu, tā absolūto vērtību, bet drīzāk uz tā izmaiņām. Tāpēc ar šādu sensoru tiks uztverta pat neliela objekta kustība, piemēram, cilvēks.

Kā piemēru apsveriet piroelektrisko sensoru IRA-E710 no Murata. Tās ierīce ir parādīta 1. attēlā.

1. attēls. Piroelektriskā sensora ierīce IRA-E710

Piroelektriskā sensora pamats ir infrasarkano staru jutīgais fotoelements, kas rada elektrisko signālu, kas proporcionāls starojuma daudzumam. Lai savienotu fotoelementu ar shēmu un sākotnējo signāla pastiprināšanu, tiek izmantots lauka efekta tranzistors.

Ja sensors ir uzbūvēts tikai uz viena fotoelementa, tas iedarbinās ne tikai no kustīgiem objektiem, bet arī vienkārši no ārējas temperatūras, saules gaismas, radiatora un paša sensora, vai drīzāk tā korpusa, temperatūras izmaiņām.

Citiem vārdiem sakot, šāda sensora izturība pret troksni ir pārāk zema. Lai to palielinātu, piroelektriskos sensorus izgatavo, pamatojoties uz diviem pretējā virzienā iekļautiem fotoelementiem, kā parādīts attēlā, kas ļauj kompensēt nupat minētos faktorus.

Šāds sensors reaģē tikai uz izmaiņām starojuma lielumā, kas ļauj to izmantot kā kustības detektoru. Vēl lielāku uzticamību sensora darbībā nodrošina gaismas filtrs, kas noregulēts uz viļņa garumu 5-14 mikroni. Šāds starojums ir raksturīgākais cilvēka ķermenim.

Tomēr nevajadzētu domāt, ka sensors uztver tikai apsildāmu priekšmetu kustību. Telpā vienmēr ir noteikts infrasarkanais fons, tāpēc jebkura objekta pārvietošana, pat ar apkārtējās vides temperatūru, maina vispārējo fonu un sensors iedarbina.

Aprakstītā sensora trūkumus var saistīt ar to, ka tas ir jutīgs tikai pret kustībām pāri, tas ir, no viena fotoelementa uz otru. Pārvietojoties pa abu fotoelementu virsmām, signāls netiks ģenerēts. Tāpēc, uzstādot šādus sensorus, tiem vajadzētu būt attiecīgi orientētiem, kā tas tiks apspriests iepriekš.

Lai atbrīvotos no šādas kaitīgas ietekmes īpaši kritiskos gadījumos, tie tiek izstrādāti un piemēroti. sensori, kuru pamatā ir četri fotoelementi. Tiesa, šāda veida sensori ir sarežģītāki un dārgāki, kas arī sarežģī to savienojuma un vadības shēmu.

Ir pieejami sensori parastajam un virszemes (SMD) montāžai. Viņu izskats ir parādīts 2. attēlā.

2. attēls. IRA-E710 sensori. Izskats

Kustības sensoru izmantošana

Sākotnēji kustības sensori paredzēts radīt apsardzes signalizācijas sistēmas. Attīstoties elementu bāzei, piroelektriskie sensori kļuva daudz lētāki un pieejamāki, kas ļāva tos izmantot mājas vajadzībām.

Tas ir pāri visam automātiska apgaismojuma iekļaušana, durvju atvēršana, kā arī videonovērošanas sistēmu vadība. Šāda automatizācija ļauj telpā ietaupīt ievērojamu daudzumu elektrības vai siltuma. Ja to izmanto video novērošanas sistēmās, tiek ietaupīta vieta datora cietajos diskos, kas kontrolē video sistēmas darbību.

Automātiskā gaismas slēdža algoritms

Ja gaisma tiek ieslēgta automātiski, piemēram, ieejā, kad ierīces redzamības laukā parādās cilvēks, apgaismojumam vajadzētu ieslēgties un pēc kāda laika to izslēgt. Kamēr cilvēks atrodas ierīces redzamības laukā, apgaismojumam nevajadzētu izslēgties, palielinās aizvara ātrums. Dienasgaismā gaismas automātiskai iekļaušanai nevajadzētu notikt.

Tieši darbojas arī starmeši ar kustības sensoru, kas paredzēti uzstādīšanai ārpus telpām: apgaismojot vārtus un pagalmu pie mājas, kāpnes pie veikala ieejas un citos gadījumos. Šādi prožektori ir pieejami kopā ar kustības sensoru, vai arī kustības sensors var būt atsevišķs.

Viens no automātiskas apgaismojuma vadības shēmas parādīts 3. attēlā.

3. attēls. Apgaismojuma vadības shēma no kustības sensora (noklikšķiniet uz attēla, lai redzētu shēmu lielākā formātā)

Ķēdes apraksts

Kā infrasarkanā starojuma uztvērējs izmantotajā ķēdē piroelektriskais sensors PIR1. Tā fotoelementu priekšā ir uzstādīta šauru necaurspīdīgu un caurspīdīgu svītru modulācijas režģis, kas atrodas horizontāli. Tāpēc izrādās, ka fotodetektoram objekts, kas pārvietojas pāri modulācijas režģa joslām, ir vai nu atvērts, vai aizvērts, kas sensora izejā rada mainīgu spriegumu.

Iepriekš minētais ir parādīts 4. attēlā, kurā parādīta sensora pareiza atrašanās vieta. Ierīces uztvertā objekta lielumu nosaka modulācijas režģa joslas platums. Mainot joslas platumu, jūs varat pielāgot ierīces jutīgumu kopumā. Ierīces diapazona platumu var pielāgot, mainot loga modulācijas režģa izmēru.

4. attēls. Kustības sensora uzstādīšanas shēma

PIR1 sensora iekšējā pastiprinātāja jauda tiek piegādāta tā izejai 1 caur filtru R1C1. Sensora izejas signāls tiek noņemts no 2. tapa un tiek padots uz DA1 tipa LM324 mikroshēmas 1. darbības pastiprinātāja neinvertējošo ieeju. Šī mikroshēma ir četri viens no otra neatkarīgi darbības pastiprinātāji (op pastiprinātāji). Vienīgais, kas viņus vieno, ir kopējie varas secinājumi un lieta.

Pie OS1 tiek montēts pastiprinātājs ar pastiprinājumu aptuveni 150, pie kura tieši pievienots PIR1 sensors. Ja sensora pārklājuma zonā nav kustību, tad OS1 izejā tiek uzturēts pastāvīgs sprieguma līmenis, apmēram puse no enerģijas avota sprieguma.

Kad sensora skata laukā 2. spailē tiek atklāts kustīgs objekts, parādās mainīgs spriegums, kuru pastiprina OS1. Pie OS1 izejas parādās mainīgs komponents, kas caur kondensatoru C2 tiek padots uz nākamo pastiprināšanas posmu, kas veikts OS2 ar palielinājumu aptuveni 100.

Pēc šiem posmiem pienāk signāls, kas pastiprināts līdz vajadzīgajam līmenim uz salīdzinājuma ievadi uz OU3 - DA1 mikroshēmas 10. tapa. Komparatora reakcijas līmeni nosaka ar rezistoru R8, R11, R20 vērtību. Sākotnējā stāvoklī salīdzinājuma izejas spriegums ir zems.

Ja pie ОУ2 izejas - 14. izeja - parādās taisnstūrveida impulsi, kas pārsniedz noteikto darbības līmeni, tad pie kompatora ОУ3 izejas - 8. izeja - parādās augsts sprieguma līmenis, precīzāk, arī impulsi, kas uzlādē kondensatoru C7. VD5 diode novērš šī kondensatora izlādi caur kompaktora izeju, kad tā ir zema. Tāpēc kondensatoru var izlādēt tikai caur seriālo shēmu R14 un R22. Izmantojot mainīgo rezistoru R22, izlādes laiku var iestatīt 5 sekunžu laikā ... 5min.

Uz kondensatora C7 uzkrātais spriegums tiek piegādāts uz OS4 izgatavotā otrā kompaktora neinvertējošo ieeju, kuras reakcijas līmeni nosaka dalītājs R9, R13. Šī salīdzinātāja izejas signāls tiek padots uz tranzistora VT1 pamatni, kurš, izmantojot triac VD2 savieno kravu.

Komparatora reakcijas laiku OS4 nosaka ar kondensatora C7 uzlādes laiku, kas palielinās par sensora reakcijas laiku: kamēr kustība ierīces redzes laukā nav apstājusies, kondensators C7 uzlādējas. Tādējādi, kamēr kāds pārvietojas telpā, netiek garantēts, ka apgaismojums izslēgsies.

Lai apgaismojums neieslēgtos dienasgaismas stundās, ierīcē ir gaismas sensors, kas izgatavots uz FD263 tipa VD7 fotodiodes, kas ir ieslēgts pretējā virzienā. Darbības režīmus nosaka dalītājs R15, R23.

Mainīgā rezistora R23 motora spriegums tiek piegādāts tranzistora VT2 pamatnei. Kamēr tumšā fotodiode ir slēgta telpā un tranzistora VT2 pamatnē ir augsts spriegums, tāpēc tā ir slēgta un neietekmē ķēdes darbību.

Palielinoties apgaismojumam, fotodiode atveras, un spriegums VT2 pamatnē pazeminās, kas noved pie tā atvēršanas. Caur VD9 diodi atvērts tranzistors manevrē signālu no op amp 2 izejas uz komparatora ieeju op op 3. Tāpēc kondensators C7 neuzlādējas, un apgaismojums arī netiks ieslēgts.

Lai neļautu dienasgaismas sensoram ieslēgt dienasgaismu, tā darbība tiek bloķēta caur VD8 diodi, kas savienota ar OU4 salīdzināšanas izeju. Kondensators C10 aizkavē apkārtējā apgaismojuma sensora ieslēgšanu, kad lampa tiek ieslēgta, tādējādi novēršot sensora viltus trauksmes.

Ierīces jauda ir bez pārveidotājiem. Caur rūdīšanas kondensatoru C9 tīkla spriegums tiek piegādāts taisngriezim, kas izgatavots uz diodēm VD4 un VD6. Rektificēta sprieguma pulsāciju izlīdzina kondensators C8, un spriegumu pie ZV diodes VD3 stabilizē pie 16 V. Šis spriegums tiek izmantots tranzistora VT1 atslēgas pakāpes barošanai, kas kontrolē triac VD2 barošanas slēdža darbību.

Uz elementiem R2, C3 un VD1 ir samontēts 9,1 V parametra sprieguma regulators, kas tiek izmantots visu ierīces mezglu barošanai: PIR sensors, DA1 mikroshēma un dienasgaismas foto sensors uz tranzistora VT2.

Aprakstīto shēmu kā komplektu ražo Master Kit. Komplektā ir visi nepieciešamie radio komponenti, gatava shēma un korpuss ierīces montāžai, kā parādīts 5. attēlā. Komplektā ietilpst arī instrukcijas ierīces salikšanai un iestatīšanai.

Lai gan kopumā ķēde tiek uzskatīta par vienkāršu un bez montāžas no kopjamām detaļām bez kļūdām, tai jāsāk strādāt nekavējoties, es gribu pievērst uzmanību faktam, ka tai ir bez pārveidotāja jauda. Tāpēc montāžas un nodošanas ekspluatācijā laikā jums jābūt ārkārtīgi uzmanīgam, jāievēro drošības noteikumi un, vēl labāk, izmantojiet izolācijas transformatoru.

5. attēls. Master Kit komplekta korpuss

Pēc pusotras līdz divām minūtēm pēc ieslēgšanas ķēde pilnībā nonāk darba režīmā, tāpēc visi iestatījumi jāveic pēc šī laika beigām. Iestatījumi ir vienkārši un tiek samazināti līdz vajadzīgā kavējuma laika iestatīšanai ar rezistoru R22, un ar rezistora R23 palīdzību tiek izvēlēts gaismas sensora slieksnis.

Pašu kustības sensora slieksni nosaka ar rezistora R11 vērtību.Ja nepieciešams paaugstināt jutīgumu, tā vērtību var nedaudz samazināt. Attiecīgi ar lielu skaitu viltus pozitīvu rezultātu jums būs jāmaina vērtība pieauguma virzienā.

6. attēlā parādīta vēl viena infrasarkanās kustības sensora diagramma, kas ir ļoti līdzīga shēmai, kas parādīta 3. attēlā.

6. attēls. Infrasarkanās kustības sensors. 2. variants (noklikšķiniet, lai palielinātu attēlu)

Līdzīga shēma ir aprīkota ar prožektoru ar halogēna lampu vienas ierīces formā un parasti tiek uzstādīta pie privātu mājsaimniecību ieejām. Tās mērķis ir ieslēgt gaismu pagalmā, kad ierodas mājas īpašnieki, un papildus brīdināt īpašniekus par viesu, ieskaitot nelūgtus, iekļūšanu teritorijā. Pati shēma ir ļoti līdzīga iepriekšējai un veic tās pašas funkcijas, tāpēc detalizēts apraksts nav nepieciešams. Pakavēsimies tikai pie atsevišķiem mezgliem.

Kā infrasarkanais sensors tiek izmantots fototransistors PIR D203C, signāls, no kura tiek padots DA1 mikroshēmai, tāds pats kā iepriekšējā ķēdē. Sensora jutīgumu koriģē ar mainīgu rezistoru VR3. Gaismas sensors ir izgatavots uz CDS fotorezistora, kas caur dienasgaismas tranzistoru VT2 bloķē tranzistora VT1 darbību, kurā ietilpst slodzes vadības relejs. Tāpēc dienas laikā prožektoru iekļaušana nenotiek.

Tāpat kā iepriekšējā, ķēdē ir laika aizture, kas tiek veikta kondensatoram C14, kura izlādes laiku regulē ar mainīgu rezistoru VR1. Laika pielāgošanas robežas ir norādītas tieši uz diagrammas.

Halogenu starmeši ar kustības sensoru ir paredzēti uzstādīšanai uz ielas, tāpēc kaķi, suņi vai citi mazi dzīvnieki papildus cilvēkiem var iekrist sensora pārklājuma zonā. Tas var izraisīt nepareizu sensoru iedarbināšanu un gaismas iekļaušanu.

Lai pasargātu no šādiem viltus trauksmēm, sensora priekšā ir ieteicams uzstādīt aizsargājošu ekrānu, kas no apakšas nedaudz ierobežos ierīces redzamības diapazonu: ir pietiekami redzēt ne visus vārtus, bet tikai tā augšējo pusi, lai atšķirtu cilvēku, kurš ir ieradies.

Sarežģītākos kustības sensoros šo problēmu atrisina integrēts mikrokontrollers, kas diezgan labi var noteikt objekta lielumu: mašīna, persona vai pele. Protams, šādi sensori ir dārgāki.

Automātiski apgaismojuma slēdži ar akustiskiem sensoriem

Par gaismas vadība tiek izmantotas arī daudzdzīvokļu ēku ieejas optiski akustiski slēdži. Slēdži satur mikrofonu, optisko sensoru un izejas atslēgas ierīci.

Šādu slēdžu darbības loģika ir tāda pati kā infrasarkanajiem: dienas laikā mikrofonu izslēdz ar optisko sensoru, un tumsā apgaismojums ieslēgsies pat ar nenozīmīgām skaņām ieejā. Ekspozīcijas laiks ir apmēram 1 minūte, pēc kura gaisma nodziest.

Ar jaunu skaņu parādīšanos cikls atkārtojas. Mikrofona jutība ir tāda, ka tas uztver skaņu līdz 5 m attālumā, kas ir pilnīgi pietiekami piekļuves apstākļiem. Protams, šādu sensoru nevar izmantot uz ielas, jo gaisma ieslēgsies no jebkuras skaņas, piemēram, no garāmbraucošas automašīnas.

Strukturāli optiski-akustiskie slēdži ir pieejami divās versijās: vai nu kā atsevišķa ierīce, kas piestiprināta pie sienas vai griestiem, vai arī iebūvēti dažādu dizainu gaismekļiem. Šādi slēdži ir parādīti attiecīgi 7. un 8. attēlā.

7. attēls. Optiski-akustiskais enerģijas taupīšanas slēdzis EV-05

8. attēls. Lampa EVS-01 ar iebūvētu optiski-akustisko slēdzi

Šādu slēdžu cena, kā likums, ir zemāka nekā slēdžiem ar infrasarkano sensoru, tāpēc tos var ieteikt lietošanai mājokļos un komunālajos pakalpojumos, lai gan tas neizslēdz infrasarkano sensoru uzstādīšanu.

Lasīt arī:Kā izvēlēties, konfigurēt un savienot foto releju āra vai iekštelpu apgaismojumam