Automatiska belysningsomkopplare med infraröda och akustiska sensorer

Den moderna elementära elektroniska basen gör att du kan skapa enheter enkla i kretsar, men med ett ganska brett spektrum av funktioner. Tidigare var sådana enheter endast tillgängliga för användning i komplexa och dyra professionella system, och nu gör deras användning vår vardag mer bekväm och enklare.

Den här artikeln talar om apparater som använder infraröda sensorer. En gång användes sådana sensorer huvudsakligen i säkerhetssystem, och nu är ingen överraskad av dörrarna som öppnas framför varje inkommande person eller det automatiska införandet av belysning i ingången. Och allt detta infraröda sensorer! Ofta kallas de pyroelektriska sensorer.

Pyroelektrisk sensor. Enhet och princip för drift

Pyroelektriska sensorer är i princip passiva. Detta innebär att de inte genererar några elektromagnetiska signaler utan bara är det infraröd mottagareDärför är det absolut oskadligt för människor.

Varje artikel är infraröd källaoch människokroppen i denna mening är inte heller något undantag. Pyroelektriska sensorer är utformade på ett sådant sätt att de inte svarar på själva infraröd strålning, dess absoluta värde, utan snarare på dess förändring. Därför kommer även en liten rörelse av ett objekt, till exempel, en person att detekteras av en sådan sensor.

Tänk som ett exempel på den pyroelektriska sensorn IRA-E710 från Murata. Dess enhet visas i figur 1.

Figur 1. IRA-E710 pyroelektrisk sensorenhet

Grunden för den pyroelektriska sensorn är en infrarödkänslig fotocell som producerar en elektrisk signal proportionell mot mängden strålning. För att matcha fotocellen med kretsen och den initiala signalförstärkningen används en fälteffekttransistor.

Om sensorn är byggd på endast en fotocell, kommer den att trigga inte bara från rörliga föremål, utan också helt enkelt från yttre temperatur, solljus, från radiatorer och temperaturförändringar av sensorn själv, eller snarare dess kropp.

Med andra ord är brusimmuniteten hos en sådan sensor för låg. För att öka det, är pyroelektriska sensorer tillverkade på basis av två fotoceller inkluderade i motsatt riktning, som visas i figuren, vilket gör att du kan kompensera för just de nämnda faktorerna.

En sådan sensor svarar bara på förändringar i strålningsmängden, vilket gör att den kan användas som en rörelsesdetektor. En ännu större tillförlitlighet i sensorns drift tillhandahålls av ett ljusfilter avstämt till en våglängd av 5-14 mikron. En sådan strålning är mest karakteristisk för människokroppen.

Man bör dock inte tro att sensorn bara tar upp rörelsen av uppvärmda föremål. Det finns alltid en viss infraröd bakgrund i rummet, så att förflytta alla objekt, även med omgivningstemperaturen, orsakar en förändring i den allmänna bakgrunden och sensorn utlöser.

Nackdelarna med den beskrivna sensorn kan tillskrivas det faktum att den endast är känslig för rörelser över, det vill säga från en fotocell till en annan. När man rör sig längs ytorna på båda fotocellerna kommer inte signalen att genereras. Därför, vid installation av sådana sensorer, bör de orienteras i enlighet med detta, som kommer att diskuteras ovan.

För att bli av med en sådan skadlig effekt för särskilt kritiska fall utvecklas och appliceras de. sensorer baserade på fyra fotoceller. Det är riktigt att sensorer av denna typ är mer komplexa och dyra, vilket också komplicerar schemat för deras anslutning och kontroll.

Givare finns för konventionell montering och ytmontering (SMD). Deras utseende visas i figur 2.

Bild 2. IRA-E710-sensorer. utseende

Användning av rörelsessensorer

initialt rörelsessensorer avsett att skapa inbrottslarmssystem. Med utvecklingen av elementbasen blev pyroelektriska sensorer mycket billigare och billigare, vilket gjorde att de kunde användas för hushållsändamål.

Det är framför allt automatisk inkludering av belysning, dörröppning, liksom hantering av videoövervakningssystem. Sådan automatisering låter dig spara en betydande mängd el eller värme i rummet. När det används i videoövervakningssystem sparas utrymme på hårddiskarna på datorn som styr videosystemets funktion.

Algoritmen för den automatiska ljusströmbrytaren

När lampan tänds automatiskt, till exempel i ingången, när en person visas i enhetens synfält, bör belysningen slås på och efter en tid stänga av. Medan en person befinner sig i enhetens synfält, bör belysningen inte slockna, slutartiden ökar. I dagsljus bör inte automatisk införande av ljus ske.

Strålkastare med en rörelsesensor utformad för utomhusinstallation fungerar också exakt: belysning av grindarna och trädgården nära huset, trappor vid ingången till butiken och i andra fall. Sådana strålkastare finns tillgängliga i samband med en rörelsessensor, eller så kan rörelsessensorn vara separat.

En av automatiska belysningskontrollkretsar visas i figur 3.

Bild 3. Kontrollschema för belysning från en rörelsessensor (klicka på bilden för att se schemat i ett större format)

Beskrivning av kretsen

Som mottagare av infraröd strålning i den krets som används pyroelektrisk sensor PIR1. Framför sina fotoceller installeras ett moduleringsgitter av smala ogenomskinliga och transparenta ränder, som är placerade horisontellt. Därför visar det sig att för en fotodetektor är ett objekt som rör sig över moduleringsgallens band antingen öppet eller stängt, vilket orsakar utseendet på en växelspänning vid sensorns utgång.

Det föregående illustreras i figur 4, som visar sensorns korrekta placering. Storleken på objektet som detekteras av enheten bestäms av bandbredden för moduleringsgallret. Genom att ändra bandbredd kan du justera enhetens känslighet som helhet. Bredden på enhetens räckvidd kan justeras genom att ändra storleken på fönstermoduleringsgitteret.

Bild 4. Installationsschema för rörelsessensor

Kraften hos den interna förstärkaren på PIR1-sensorn tillförs dess utgång 1 genom filtret R1C1. Sensorns utsignal tas bort från stift 2 och matas till den icke-inverterande ingången till operationsförstärkaren 1 i DA1-typen LM324-chip. Detta chip är fyra operativa förstärkare (op ampere) oberoende av varandra. Det enda som förenar dem är de gemensamma maktens slutsatser och fallet.

En förstärkare med en förstärkning av cirka 150 monteras på OS1, till vilken PIR1-sensorn är direkt ansluten. Om det inte finns någon rörelse i sensortäckningsområdet, finns vid utgången från ОУ1 en konstant spänningsnivå, ungefär hälften av spänningen i kraftkällan.

När ett rörligt objekt detekteras i synfältet för sensorn vid terminal 2 visas en växelspänning, som förstärks av OS1. Vid utgången från OS1 visas en variabel komponent som matas genom en kondensator C2 till nästa förstärkningssteg som utförs på OS2 med en förstärkning av ungefär 100.

Efter dessa steg kommer signalen förstärkt till den erforderliga nivån till komparatorns ingång på OU3 - stift 10 på DA1-chipet. Komparatorns svarsnivå bestäms av värdet på motstånden R8, R11, R20. I utgångsläget är komparatorns utspänning låg.

Om vid utgången från ОУ2 - utgång 14 - rektangulära pulser visas som överskrider den angivna driftsnivån, vid utgången från komparatorn ОУ3 - utgång 8 - visas en högspänningsnivå, mer exakt, också pulser som laddar kondensatorn C7. VD5-dioden förhindrar urladdning av denna kondensator genom komparatorns utgång när den är låg. Därför kan kondensatorn endast urladdas via seriekretsen R14 och R22. Med hjälp av ett variabelt motstånd R22 kan urladdningstiden ställas in inom 5 sekunder ... 5 min.

Spänningen ackumulerad på kondensatorn C7 tillförs den icke-inverterande ingången från den andra komparatorn gjord på OS4, vars responsnivå ställs in av delaren R9, R13. Utgångssignalen från denna komparator matas till basen hos transistorn VT1, som med användning av triac VD2 ansluter lasten.

Komparatorns responstid på OS4 bestäms av laddningstiden för kondensatorn C7, som ökar med sensorns responstid: tills rörelsen i synfältet för anordningen har stoppats kommer kondensatorn C7 att laddas. Således, medan någon rör sig i rummet, är det inte garanterat att belysningen slås av.

För att belysningen inte ska tändas under dagsljus, innehåller enheten en ljussensor tillverkad på en VD7-fotodiod av typen FD263, som är påslagen i motsatt riktning. Driftsätt ställs in av divideraren R15, R23.

Spänningen från motorn till det variabla motståndet R23 matas till transistorns VT2-bas. Medan den mörka fotodioden är stängd i rummet och spänningen vid basen av transistorn VT2 är hög, är den därför stängd och påverkar inte kretsens funktion.

Med ökande belysning öppnas fotodioden och spänningen vid basen av VT2 sjunker, vilket leder till dess öppning. En öppen transistor genom en VD9-diod stänger av signalen från utgången från op-amp 2 till ingången från komparatorn på op-amp 3. Därför laddas inte kondensatorn C7 och belysningen slås inte heller på.

För att förhindra att dagsljusgivaren slår på ljuset som dagen har kommit, blockeras dess funktion genom VD8-dioden ansluten till utgången från komparatorn på OU4. Kondensator C10 ger en fördröjning av att slå på omgivningsljusgivaren när lampan slås på och förhindrar därmed falska larm på sensorn.

Enhetens kraft är transformatorfri. Genom kylningskondensatorn C9 matas nätspänningen till en likriktare tillverkad på dioderna VD4 och VD6. Kretsen av den likriktade spänningen jämnas av kondensatorn C8, och spänningen stabiliseras vid 16V av Zener-dioden VD3. Denna spänning används för att driva nyckelsteget på transistorn VT1, som styr driften av strömbrytaren på triac VD2.

En parametrisk spänningsregulator 9.1V är monterad på elementen R2, C3 och VD1, som används för att driva alla noder på enheten: en PIR-sensor, DA1-mikrokrets och dagsljusfotosensor på transistorn VT2.

Den beskrivna kretsen produceras som ett kit av Master Kit. Satsen innehåller alla nödvändiga radiokomponenter, ett färdigt kretskort och ett hölje för montering av enheten, som visas i figur 5. Satsen innehåller också instruktioner för montering och installation av enheten.

Även om kretsen i allmänhet anses vara enkel och med felfri montering från servicerbara delar, bör den börja fungera omedelbart, jag vill fästa uppmärksamheten på det faktum att den har transformerbar kraft. Därför, under montering och idrifttagning, bör du vara extremt försiktig, följa säkerhetsbestämmelserna och ännu bättre, använda en isoleringstransformator.

Bild 5. Fodral från Master Kit-kitet

Kretsen går helt in i driftläget på en och en halv till två minuter efter påslagningen, därför bör alla inställningar göras efter det att denna tid har gått. Inställningarna är enkla och reduceras till att ställa in önskad fördröjningstid av motståndet R22, och med hjälp av motståndet R23 väljs ljussensorns tröskel.

Tröskeln för själva rörelsessensorn bestäms av värdet på motståndet R11.Om en ökning av känsligheten är nödvändig, kan dess värde minskas något. Följaktligen, med ett stort antal falska positiver, måste du ändra värdet i riktning för ökning.

Figur 6 visar ett annat diagram över en infraröd rörelsessensor, som är mycket lik kretsen som visas i figur 3.

Bild 6. Infraröd rörelsessensor. Alternativ 2 (klicka på bilden för att förstora)

Ett liknande schema är utrustat med en strålkastare med en halogenlampa i form av en enda enhet och är som regel installerad vid ingångarna till privata hushåll. Dess syfte är att tända ljuset på gården när husets ägare anländer, och förutom att varna ägarna om gästernas inblandning, inklusive objudna, in i territoriet. Själva schemat är mycket likt det föregående och utför samma funktioner, så en detaljerad beskrivning krävs inte. Låt oss bara bo på enskilda noder.

Som en infraröd sensor används en PIR D203C-fototransistor, vars signal matas till DA1-chipet, samma som i föregående krets. Sensorns känslighet justeras av ett variabelt motstånd VR3. Ljussensorn är tillverkad på en CDS-fotoresistor, som genom dagsljustransistorn VT2 blockerar driften av transistorn VT1, som inkluderar ett lastkontrollrelä. Därför sker inte införlivandet av strålkastaren på dagtid.

Liksom den tidigare innehåller kretsen en tidsfördröjning, som utförs på kondensatorn C14, vars urladdningstid regleras av ett variabelt motstånd VR1. Tidsjusteringsgränserna visas direkt på diagrammet.

En halogenstrålkastare med en rörelsessensor är designad för installation på gatan, så att katter, hundar eller andra små djur kan falla in i sensorens täckningsområde, förutom människor. Detta kan orsaka falsk utlösning av sensorerna och ljuset inkluderas.

För att skydda mot sådana falska larm rekommenderas det att installera en skyddande skärm framför sensorn, vilket något kommer att begränsa synlighetsområdet för enheten nedifrån: det räcker helt för att inte se hela porten, men bara dess övre hälft, för att skilja personen som har kommit.

I mer komplexa rörelsessensorer löses detta problem med integrerad mikrokontroller, som är ganska kapabel att bestämma storleken på ett objekt: en maskin, en person eller en mus. Naturligtvis är sådana sensorer dyrare.

Automatiska belysningsomkopplare med akustiska sensorer

för ljusstyrning i ingångar till hyreshus används också optiska akustiska omkopplare. Omkopplarna innehåller en mikrofon, en optisk sensor och en utgångsnyckel.

Logiken för driften av sådana omkopplare är densamma som för infraröd: på dagtid stängs av mikrofonen av en optisk sensor, och i mörkret tänds belysningen även med obetydliga ljud i ingången. Exponeringstiden är cirka 1 minut, varefter ljuset slocknar.

Med den nya förekomsten av ljud upprepas cykeln. Mikrofonens känslighet är sådan att den tar upp ljud på ett avstånd av upp till 5 m, vilket är tillräckligt för åtkomstvillkor. Naturligtvis kan en sådan sensor inte användas på gatan, eftersom ljuset tänds från något ljud, till exempel från en bil som går förbi.

Strukturellt finns akustisk-optiska omkopplare i två versioner: antingen som en separat enhet monterad på en vägg eller tak, eller inbyggd i armaturer med olika utföranden. Sådana omkopplare visas i figurerna 7 respektive 8.

Bild 7. Optisk-akustisk energibesparande switch EV-05

Bild 8. EVS-01-lampan med en inbyggd optisk akustisk strömbrytare

Priset för sådana omkopplare är som regel mindre än omkopplarna med en infraröd sensor, så de kan rekommenderas för användning i bostäder och samhällstjänster, även om detta inte utesluter installationen av infraröda sensorer.

Läs också:Hur man väljer, konfigurerar och ansluter ett fotorelä för belysning utomhus eller inomhus