Automatische verlichtingsschakelaars met infrarood en akoestische sensoren

De moderne elementaire basis van elektronica stelt u in staat om apparaten eenvoudig in schakelingen te maken, maar met een vrij breed scala aan functies. Voorheen waren dergelijke apparaten alleen beschikbaar voor gebruik in complexe en dure professionele systemen, en nu maakt het gebruik ervan ons dagelijks leven comfortabeler en gemakkelijker.

Dit artikel gaat over het gebruik van apparaten infrarood sensoren. Ooit werden dergelijke sensoren voornamelijk in beveiligingssystemen gebruikt, nu wordt niemand verrast door de deuren die voor elke inkomende persoon opengaan of de automatische verlichting in de ingang. En dit allemaal infrarood sensoren! Vaak worden ze pyro-elektrische sensoren genoemd.

Pyro-elektrische sensor. Apparaat en werkingsprincipe

Pyro-elektrische sensoren zijn in principe passief. Dit betekent dat ze geen elektromagnetische signalen genereren, maar dat zijn ze gewoon infrarood ontvangerDaarom is het voor mensen absoluut onschadelijk.

Elk item is infraroodbronen het menselijk lichaam in deze zin is ook geen uitzondering. Pyro-elektrische sensoren zijn zo ontworpen dat ze niet reageren op infraroodstraling zelf, zijn absolute waarde, maar eerder op zijn verandering. Daarom zal zelfs een kleine beweging van een object, bijvoorbeeld een persoon, door een dergelijke sensor worden gedetecteerd.

Overweeg als voorbeeld de pyro-elektrische sensor IRA-E710 van Murata. Het apparaat is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. IRA-E710 pyro-elektrisch sensorapparaat

De basis van de pyro-elektrische sensor is een voor infrarood gevoelige fotocel die een elektrisch signaal produceert dat evenredig is met de hoeveelheid straling. Om de fotocel te matchen met het circuit en de initiële signaalversterking, wordt een veldeffecttransistor gebruikt.

Als de sensor op slechts één fotocel is gebouwd, wordt deze niet alleen geactiveerd door bewegende objecten, maar ook eenvoudig door externe temperatuur, zonlicht, radiatoren en temperatuurveranderingen van de sensor zelf, of liever zijn lichaam.

Met andere woorden, de ruisimmuniteit van een dergelijke sensor is te laag. Om het te vergroten, worden pyro-elektrische sensoren gemaakt op basis van twee fotocellen in de tegenovergestelde richting, zoals weergegeven in de afbeelding, waarmee u de zojuist genoemde factoren kunt compenseren.

Een dergelijke sensor reageert alleen op veranderingen in de grootte van de straling, waardoor deze kan worden gebruikt als een bewegingsdetector. Een nog grotere betrouwbaarheid in de werking van de sensor wordt geleverd door een lichtfilter afgestemd op een golflengte van 5-14 micron. Dergelijke straling is het meest kenmerkend voor het menselijk lichaam.

Men moet echter niet denken dat de sensor alleen de beweging van verwarmde objecten opvangt. Er is altijd een bepaalde infraroodachtergrond in de kamer, dus het verplaatsen van een object, zelfs met de omgevingstemperatuur, veroorzaakt een verandering in de algemene achtergrond en de sensor wordt geactiveerd.

De nadelen van de beschreven sensor kunnen worden toegeschreven aan het feit dat deze alleen gevoelig is voor bewegingen dwars, dat wil zeggen van de ene fotocel naar de andere. Wanneer langs de oppervlakken van beide fotocellen wordt bewogen, wordt het signaal niet gegenereerd. Daarom moeten bij het installeren van dergelijke sensoren dienovereenkomstig worden georiënteerd, zoals hierboven zal worden besproken.

Om van zo'n schadelijk effect af te komen, worden met name kritieke gevallen ontwikkeld en toegepast sensoren op basis van vier fotocellen. Toegegeven, dit soort sensoren zijn complexer en duurder, wat ook het schema van hun verbinding en bediening bemoeilijkt.

Sensoren zijn beschikbaar voor conventionele en Surface Mount (SMD) montage. Hun uiterlijk wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2. IRA-E710 Sensoren. verschijning

Het gebruik van bewegingssensoren

eerste bewegingssensoren bedoeld om te creëren inbraakalarmsystemen. Met de ontwikkeling van de elementbasis werden pyro-elektrische sensoren veel goedkoper en goedkoper, waardoor ze voor huishoudelijke doeleinden konden worden gebruikt.

Het is boven alles automatische opname van verlichting, deuropening en beheer van videobewakingssystemen. Met dergelijke automatisering kunt u een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit of warmte in de kamer besparen. Bij gebruik in videobewakingssystemen wordt ruimte bespaard op de harde schijven van de computer die de werking van het videosysteem bestuurt.

Het algoritme van de automatische lichtschakelaar

Wanneer het licht automatisch wordt ingeschakeld, bijvoorbeeld in een ingang, wanneer een persoon in het gezichtsveld van het apparaat verschijnt, moet de verlichting na enige tijd worden ingeschakeld en uitgeschakeld. Terwijl een persoon zich in het gezichtsveld van het apparaat bevindt, mag de verlichting niet uitgaan, de sluitertijd wordt langer. Bij daglicht zou de automatische opname van licht niet mogen plaatsvinden.

Spotlights met een bewegingssensor ontworpen voor buiteninstallatie werken ook precies: verlichting van de poorten en de tuin bij het huis, trappen bij de ingang van de winkel en in andere gevallen. Dergelijke spots zijn beschikbaar in combinatie met een bewegingssensor of de bewegingssensor kan afzonderlijk zijn.

Een van automatische lichtregeling circuits getoond in figuur 3.

Figuur 3. Verlichtingsregeling van een bewegingssensor (klik op de foto om het schema in een groter formaat te bekijken)

Beschrijving van het circuit

Als ontvanger van infraroodstraling in het gebruikte circuit pyro-elektrische sensor PIR1. Voor zijn fotocellen is een modulatierooster van smalle ondoorzichtige en transparante strepen geïnstalleerd, dat horizontaal is geplaatst. Daarom blijkt dat voor een fotodetector een object dat over de banden van het modulatierooster beweegt ofwel open of gesloten is, waardoor een wisselspanning aan de uitgang van de sensor ontstaat.

Het voorgaande is geïllustreerd in figuur 4, die de juiste locatie van de sensor toont. De grootte van het door het apparaat gedetecteerde object wordt bepaald door de bandbreedte van het modulatierooster. Door de bandbreedte te wijzigen, kunt u de gevoeligheid van het apparaat als geheel aanpassen. De breedte van het bereik van het apparaat kan worden aangepast door de grootte van het venstermodulatierooster te wijzigen.

Figuur 4. Installatieschema bewegingssensor

Het vermogen van de interne versterker van de PIR1-sensor wordt geleverd aan uitgang 1 via het filter R1C1. Het uitgangssignaal van de sensor wordt verwijderd van pin 2 en toegevoerd aan de niet-inverterende ingang van de operationele versterker 1 van de DA1 type LM324-chip. Deze chip is vier operationele versterkers (op-ampère) onafhankelijk van elkaar. Het enige dat hen verenigt, zijn de gemeenschappelijke machtsconclusies en de zaak.

Een versterker met een versterking van ongeveer 150 is gemonteerd op OS1, waarop de PIR1-sensor rechtstreeks is aangesloten. Als er geen beweging is in het sensorbereik, wordt aan de uitgang van OS1 een constant spanningsniveau gehandhaafd, ongeveer de helft van de spanning van de stroombron.

Wanneer een bewegend object wordt gedetecteerd in het gezichtsveld van de sensor op klem 2, verschijnt een wisselspanning, die wordt versterkt door OS1. Aan de uitgang van OS1 verschijnt een variabele component, die door een condensator C2 wordt geleid naar de volgende versterkingstrap die wordt uitgevoerd op OS2 met een versterking van ongeveer 100.

Na deze fasen arriveert het signaal versterkt tot het vereiste niveau naar de input van de comparator op OU3 - pin 10 van de DA1-chip. Het responsniveau van de comparator wordt bepaald door de waarde van de weerstanden R8, R11, R20. In de begintoestand is de uitgangsspanning van de comparator laag.

Als aan de uitgang van ОУ2 - uitgang 14 - rechthoekige pulsen verschijnen die het gespecificeerde werkingsniveau overschrijden, zal aan de uitgang van de comparator ОУ3 - uitgang 8 - een hoog spanningsniveau verschijnen, meer bepaald de pulsen die de condensator C7 opladen. De VD5-diode voorkomt de ontlading van deze condensator via de uitgang van de comparator wanneer deze laag is. Daarom kan de condensator alleen worden ontladen via het seriële circuit R14 en R22. Met behulp van een variabele weerstand R22 kan de ontlaadtijd worden ingesteld binnen 5 seconden ... 5min.

De op de condensator C7 opgebouwde spanning wordt toegevoerd aan de niet-inverterende ingang van de tweede comparator gemaakt op het OS4, waarvan het responsniveau wordt ingesteld door de deler R9, R13. Het uitgangssignaal van deze comparator wordt toegevoerd aan de basis van transistor VT1, die met behulp van triac VD2 verbindt de belasting.

De responstijd van de comparator op de OS4 wordt bepaald door de oplaadtijd van de condensator C7, die toeneemt met de responstijd van de sensor: totdat de beweging in het gezichtsveld van het apparaat is gestopt, wordt de condensator C7 opgeladen. Dus, terwijl iemand zich in de kamer verplaatst, kan de verlichting niet gegarandeerd worden uitgeschakeld.

Om de verlichting niet aan te zetten tijdens daglichturen, bevat het apparaat een lichtsensor gemaakt op een VD7 fotodiode van het type FD263, die in de tegenovergestelde richting wordt ingeschakeld. Bedrijfsmodi worden ingesteld door de deler R15, R23.

De spanning van de motor van de variabele weerstand R23 wordt geleverd aan de basis van de transistor VT2. Terwijl de donkere fotodiode in de kamer is gesloten en de spanning aan de basis van de transistor VT2 hoog is, is deze daarom gesloten en heeft dit geen invloed op de werking van het circuit.

Met toenemende verlichting gaat de fotodiode open en daalt de spanning aan de basis van VT2, wat leidt naar de opening. Een open transistor via een VD9-diode shunt het signaal van de uitgang van de opamp 2 naar de ingang van de comparator op de opamp 3. Daarom laadt de condensator C7 niet op en zal de verlichting ook niet worden ingeschakeld.

Om te voorkomen dat de daglichtsensor het daglicht aanzet, wordt de werking ervan geblokkeerd via de VD8-diode die is aangesloten op de uitgang van de comparator op OU4. Condensator C10 zorgt voor een vertraging in het inschakelen van de omgevingslichtsensor wanneer de lamp wordt ingeschakeld, waardoor valse alarmen van de sensor worden voorkomen.

De kracht van het apparaat is transformatorloos. Via de bluscondensator C9 wordt de netspanning geleverd aan een gelijkrichter gemaakt op dioden VD4 en VD6. De rimpel van de gelijkgerichte spanning wordt afgevlakt door de condensator C8 en de spanning wordt gestabiliseerd op 16 V door de Zener-diode VD3. Deze spanning wordt gebruikt om de hoofdtrap op de transistor VT1 te voeden, die de werking van de voedingsschakelaar op de triac VD2 regelt.

Een 9.1V parametrische spanningsregelaar is gemonteerd op de elementen R2, C3 en VD1, die wordt gebruikt om alle knooppunten van het apparaat te voeden: een PIR-sensor, DA1-microschakeling en daglicht fotosensor op de transistor VT2.

Het beschreven circuit wordt geproduceerd als een kit door Master Kit. De kit bevat alle benodigde radiocomponenten, een afgewerkte printplaat en een behuizing voor het monteren van het apparaat, getoond in figuur 5. De kit bevat ook instructies voor het monteren en instellen van het apparaat.

Hoewel het circuit over het algemeen als eenvoudig wordt beschouwd en met een foutloze montage van te onderhouden onderdelen, moet het onmiddellijk beginnen te werken, wil ik de aandacht vestigen op het feit dat het transformatorloos vermogen heeft. Daarom moet u tijdens montage en inbedrijfstelling uiterst voorzichtig zijn, voldoen aan de veiligheidsvoorschriften en, nog beter, een scheidingstransformator gebruiken.

Afbeelding 5. Koffer uit de Master Kit-kit

Het circuit gaat na anderhalf tot twee minuten volledig in de bedrijfsmodus, daarom moeten alle instellingen worden gemaakt nadat deze tijd is verstreken. De instellingen zijn eenvoudig en worden beperkt tot het instellen van de vereiste vertragingstijd door de weerstand R22, en met behulp van de weerstand R23 wordt de drempel van de lichtsensor geselecteerd.

De drempel van de bewegingssensor zelf wordt bepaald door de waarde van de weerstand R11.Als een toename van de gevoeligheid nodig is, kan de waarde ervan enigszins worden verlaagd. Dienovereenkomstig, met een groot aantal valse positieven, moet u de waarde in de richting van toename wijzigen.

Figuur 6 toont een ander diagram van een infraroodbewegingssensor, die erg lijkt op het circuit dat wordt getoond in figuur 3.

Figuur 6. Infrarood bewegingssensor. Optie 2 (klik op de afbeelding om te vergroten)

Een soortgelijk schema is uitgerust met een zoeklicht met een halogeenlamp in de vorm van een enkel apparaat en wordt in de regel geïnstalleerd bij de ingangen van particuliere huishoudens. Het doel is om het licht in de tuin aan te doen wanneer de eigenaren van het huis aankomen, en bovendien om de eigenaren te waarschuwen voor de penetratie van gasten, inclusief ongenode gasten, in het gebied. Het schema zelf lijkt erg op het vorige en voert dezelfde functies uit, dus een gedetailleerde beschrijving is niet vereist. Laten we alleen stilstaan ​​bij individuele knooppunten.

Als een infraroodsensor wordt een PIR D203C-fototransistor gebruikt, waarvan het signaal wordt toegevoerd aan de DA1-chip, hetzelfde als in het vorige circuit. De gevoeligheid van de sensor wordt aangepast door een variabele weerstand VR3. De lichtsensor is gemaakt op een CDS-fotoresistor, die door daglichttransistor VT2 de werking van transistor VT1 blokkeert, die een belastingsbesturingsrelais bevat. Daarom vindt overdag geen opname van het zoeklicht plaats.

Evenals de vorige bevat de schakeling een tijdsvertraging, die wordt uitgevoerd op de condensator C14, waarvan de ontlaadtijd wordt geregeld door een variabele weerstand VR1. De tijdsaanpassingslimieten worden direct in het diagram aangegeven.

Een halogeenspot met een bewegingssensor is ontworpen voor installatie op straat, zodat katten, honden of andere kleine dieren naast het sensorbereik kunnen vallen. Dit kan leiden tot valse activering van de sensoren en het opnemen van licht.

Om te beschermen tegen dergelijke valse alarmen, wordt het aanbevolen om een ​​beschermend scherm voor de sensor te installeren, waardoor het zichtbereik van het apparaat enigszins van onderaf wordt beperkt: het is voldoende om niet de hele poort, maar alleen de bovenste helft te zien, om de persoon die is gekomen te onderscheiden.

In meer complexe bewegingssensoren wordt dit probleem opgelost door geïntegreerde microcontroller, wat redelijk in staat is om de grootte van een object te bepalen: een machine, een persoon of een muis. Natuurlijk zijn dergelijke sensoren duurder.

Automatische lichtschakelaars met akoestische sensoren

voor lichtregeling in de ingangen van appartementsgebouwen worden ook gebruikt optische akoestische schakelaars. De schakelaars bevatten een microfoon, een optische sensor en een apparaat met een uitvoersleutel.

De logica van de werking van dergelijke schakelaars is dezelfde als die van infrarood: overdag wordt de microfoon uitgeschakeld door een optische sensor en in het donker wordt de verlichting ingeschakeld, zelfs met onbeduidende geluiden in de ingang. De belichtingstijd is ongeveer 1 minuut, waarna het licht uitgaat.

Met het nieuwe optreden van geluiden herhaalt de cyclus zich. De gevoeligheid van de microfoon is zodanig dat deze geluid op een afstand van 5 m opneemt, wat voldoende is voor toegangsvoorwaarden. Natuurlijk kan een dergelijke sensor niet op straat worden gebruikt, omdat het licht wordt ingeschakeld door elk geluid, bijvoorbeeld door een passerende auto.

Structureel zijn akoestisch-optische schakelaars beschikbaar in twee versies: hetzij als een afzonderlijke eenheid gemonteerd op een muur of plafond, of ingebouwd in armaturen van verschillende ontwerpen. Dergelijke schakelaars worden respectievelijk in figuren 7 en 8 getoond.

Figuur 7. Optisch-akoestische energiebesparende schakelaar EV-05

Figuur 8. Lamp ЭВС-01 met geïntegreerde optisch-akoestische schakelaar

De prijs van dergelijke schakelaars is in de regel lager dan de schakelaars met een infraroodsensor, dus ze kunnen worden aanbevolen voor gebruik in woningen en gemeentelijke diensten, hoewel dit de installatie van infraroodsensoren niet uitsluit.

Lees ook:Een fotorelais kiezen, configureren en aansluiten voor buiten- of binnenverlichting