Automatické spínače osvetlenia s infračervenými a akustickými snímačmi

Moderná základňa elektroniky vám umožňuje vytvárať zariadenia jednoduché v obvodoch, ale s pomerne širokou škálou funkcií. Doteraz boli takéto zariadenia k dispozícii iba na použitie v zložitých a nákladných profesionálnych systémoch a ich používanie dnes robí náš každodenný život pohodlnejším a ľahším.

Tento článok bude hovoriť o používaní spotrebičov infračervené senzory, Keď sa takéto senzory používali hlavne v bezpečnostných systémoch, nikto nie je prekvapený dverami, ktoré sa otvárajú pred každou prichádzajúcou osobou alebo automatickým začlenením osvetlenia do vchodu. A to všetko infračervené senzory! Často sa nazývajú pyroelektrické senzory.

Pyroelektrický senzor. Zariadenie a princíp činnosti

Pyroelektrické senzory sú v zásade pasívne. To znamená, že nevytvárajú žiadne elektromagnetické signály, ale jednoducho sú infračervený prijímačPreto je pre človeka úplne neškodný.

Každá položka je infračervený zdroja ľudské telo v tomto zmysle nie je výnimkou. Pyroelektrické senzory sú navrhnuté tak, aby nereagovali na samotné infračervené žiarenie, jeho absolútnu hodnotu, ale skôr na jeho zmenu. Preto bude takýmto senzorom detekovaný aj malý pohyb objektu, napríklad osoby.

Ako príklad uvážte pyroelektrický senzor IRA-E710 od firmy Murata. Jeho zariadenie je znázornené na obrázku 1.

Obrázok 1. pyroelektrické senzorové zariadenie IRA-E710

Základom pyroelektrického senzora je infračervená citlivá fotobunka, ktorá vytvára elektrický signál úmerný množstvu žiarenia. Na priradenie fotobunky k obvodu a počiatočnému zosilneniu signálu sa používa tranzistor s efektom poľa.

Ak je senzor zabudovaný iba na jednej fotobunke, bude spúšťať nielen pohybujúce sa objekty, ale aj jednoducho vonkajšiu teplotu, slnečné svetlo, radiátory a zmeny teploty samotného senzora alebo jeho tela.

Inými slovami, odolnosť proti šumu takého senzora je príliš nízka. Na zvýšenie sa pyroelektrické senzory vyrábajú na základe dvoch fotobuniek zahrnutých v opačnom smere, ako je to znázornené na obrázku, čo vám umožňuje kompenzovať práve uvedené faktory.

Taký senzor reaguje iba na zmeny v veľkosti žiarenia, čo umožňuje jeho použitie ako detektora pohybu. Ešte väčšiu spoľahlivosť pri prevádzke senzora zaisťuje svetelný filter vyladený na vlnovú dĺžku 5 až 14 mikrónov. Takéto žiarenie je najcharakteristickejšie pre ľudské telo.

Nemali by sme si však myslieť, že snímač zachytáva iba pohyb vyhrievaných predmetov. V miestnosti je vždy určité infračervené pozadie, takže pohyb akéhokoľvek objektu, dokonca aj pri okolitej teplote, spôsobuje zmenu všeobecného pozadia a spúšťa sa senzor.

Nevýhody opísaného senzora sa dajú pripísať skutočnosti, že je citlivý iba na pohyby naprieč z jednej fotobunky na druhú. Pri pohybe pozdĺž povrchov oboch fotobuniek nebude signál generovaný. Preto by pri inštalácii takýchto snímačov mali byť orientované zodpovedajúcim spôsobom, ako bude uvedené vyššie.

S cieľom zbaviť sa tohto škodlivého účinku v obzvlášť kritických prípadoch sa vyvíjajú a používajú. senzory založené na štyroch fotobunkách, Je pravda, že senzory tohto typu sú zložitejšie a nákladnejšie, čo tiež komplikuje schému ich pripojenia a riadenia.

Senzory sú k dispozícii pre bežnú montáž a montáž na povrch (SMD). Ich vzhľad je znázornený na obrázku 2.

Obrázok 2. Senzory IRA-E710. vzhľad

Použitie snímačov pohybu

spočiatku snímače pohybu určené na vytvorenie poplašné systémy proti vlámaniu, S vývojom základne prvkov boli pyroelektrické senzory oveľa lacnejšie a dostupnejšie, čo im umožnilo ich použitie na domáce účely.

Je to predovšetkým automatické začlenenie osvetlenia, otváranie dverí, ako aj správa systémov video sledovania. Takáto automatizácia vám umožní ušetriť značné množstvo elektriny alebo tepla v miestnosti. Pri použití vo video monitorovacích systémoch sa na pevných diskoch počítača, ktorý riadi činnosť videosystému, ušetrí miesto.

Algoritmus automatického vypínača svetla

Keď sa svetlo automaticky zapne, napríklad pri vchode, keď sa v zornom poli zariadenia objaví osoba, malo by sa zapnúť osvetlenie a po nejakom čase zhasnúť. Keď je osoba v zornom poli zariadenia, osvetlenie by sa nemalo vypínať, zvyšuje sa rýchlosť uzávierky. Za denného svetla by nemalo dôjsť k automatickému zahrnutiu svetla.

Presne fungujú aj bodové svetlá so snímačom pohybu určené na inštaláciu vonku: osvetlenie brán a dvora v blízkosti domu, schody pri vchode do obchodu a v iných prípadoch. Takéto bodové svetlá sú k dispozícii v spojení so snímačom pohybu, alebo môže byť snímač pohybu oddelený.

Jeden z automatické riadiace obvody osvetlenia znázornené na obrázku 3.

Obrázok 3. Schéma riadenia osvetlenia zo snímača pohybu (kliknutím na obrázok zobrazíte schému vo väčšom formáte)

Opis obvodu

Ako prijímač infračerveného žiarenia v použitom obvode pyroelektrický senzor PIR1, Pred jeho fotobunkami je inštalovaná vodorovná modulačná mriežka úzkych nepriehľadných a priehľadných pruhov. Ukazuje sa teda, že vo fotodetektore je objekt pohybujúci sa cez pásma modulačnej mriežky buď otvorený alebo zatvorený, čo spôsobuje vznik striedavého napätia na výstupe zo senzora.

Vyššie uvedené je znázornené na obrázku 4, ktorý ukazuje správne umiestnenie senzora. Veľkosť objektu detegovaného zariadením je určená šírkou pásma modulačnej mriežky. Zmenou šírky pásma môžete upraviť citlivosť zariadenia ako celku. Šírka rozsahu zariadenia sa dá nastaviť zmenou veľkosti mriežky modulácie okna.

Obrázok 4. Schéma inštalácie snímača pohybu

Výkon vnútorného zosilňovača snímača PIR1 sa privádza na jeho výstup 1 cez filter R1C1. Výstupný signál snímača je odstránený z kolíka 2 a privedený na neinvertujúci vstup operačného zosilňovača 1 čipu LM324 typu DA1. Tento čip sú štyri operačné zosilňovače (operačné zosilňovače) nezávislé od seba. Jediné, čo ich spája, sú spoločné závery o moci a ich prípad.

Zosilňovač so ziskom asi 150 je zostavený v OS1, ku ktorému je priamo pripojený snímač PIR1. Pokiaľ v oblasti pokrytia snímača nedochádza k žiadnemu pohybu, potom sa na výstupe OS1 udržiava konštantná úroveň napätia, približne polovica napätia zdroja energie.

Keď je detekovaný pohybujúci sa objekt v zornom poli snímača na termináli 2, objaví sa striedavé napätie, ktoré je zosilnené pomocou OS1. Na výstupe OS1 sa objaví premenlivá zložka, ktorá sa privádza kondenzátorom C2 do nasledujúceho stupňa zosilnenia vykonávaného na OS2 so ziskom približne 100.

Po týchto fázach dorazí signál zosilnený na požadovanú úroveň na vstup komparátora na OU3 - pin 10 čipu DA1. Úroveň odozvy komparátora je určená hodnotou rezistorov R8, R11, R20. V pôvodnom stave je výstupné napätie komparátora nízke.

Ak sa na výstupe ОУ2 - na výstupe 14 - objavia pravouhlé impulzy, ktoré presahujú stanovenú úroveň činnosti, na výstupe z porovnávača ОУ3 - na výstupe 8 - sa objaví úroveň vysokého napätia, presnejšie tiež impulzy, ktoré nabijajú kondenzátor C7. Dióda VD5 zabraňuje vybitiu tohto kondenzátora výstupom komparátora, keď je nízka. Preto môže byť kondenzátor vybitý iba cez sériový obvod R14 a R22. Použitím variabilného odporu R22 je možné vybíjací čas nastaviť do 5 sekúnd ... 5 minút.

Napätie akumulované na kondenzátore C7 je privádzané na neinvertujúci vstup druhého porovnávača uskutočňovaného v OS4, ktorého úroveň odozvy je nastavená deličom R9, R13. Výstupný signál tohto komparátora sa privádza do bázy tranzistora VT1, ktorý pomocou triak VD2 pripája záťaž.

Čas odozvy porovnávača na OS4 je určený dobou nabíjania kondenzátora C7, ktorá sa zvyšuje s dobou odozvy snímača: kým sa nezastaví pohyb v zornom poli zariadenia, kondenzátor C7 sa dobije. Preto, keď sa niekto pohybuje v miestnosti, nie je zaručené, že sa osvetlenie vypne.

Aby sa osvetlenie nezapínalo počas denných hodín, zariadenie obsahuje svetelný senzor vyrobený na fotodióde VD7 typu FD263, ktorý je zapnutý v opačnom smere. Prevádzkové režimy sa nastavujú pomocou deliča R15, R23.

Napätie z motora variabilného odporu R23 sa privádza do bázy tranzistora VT2. Zatiaľ čo tmavá fotodióda je uzavretá v miestnosti a napätie na báze tranzistora VT2 je vysoké, je preto uzavreté a neovplyvňuje činnosť obvodu.

Pri zvyšujúcom sa osvetlení sa fotodióda otvára a napätie na základni VT2 klesá, čo vedie k jej otvoreniu. Otvorený tranzistor cez VD9 diódu posunie signál z výstupu operačného zosilňovača 2 na vstup komparátora na operačnom zosilňovači 3. Preto sa kondenzátor C7 nenabíja a osvetlenie sa nezapne.

Aby sa zabránilo zapnutiu denného svetla senzorom denného svetla, je jeho prevádzka blokovaná diódou VD8 pripojenou na výstup komparátora na OU4. Kondenzátor C10 poskytuje oneskorenie pri zapnutí senzora okolitého svetla, keď je lampa zapnutá, čím bráni falošným poplachom senzora.

Výkon zariadenia je bez transformátora. Prostredníctvom zhášacieho kondenzátora C9 sa sieťové napätie privádza do usmerňovača vyrábaného na diódy VD4 a VD6. Zvlnenie usmerneného napätia je vyhladené kondenzátorom C8 a napätie je stabilizované na 16 V pomocou Zenerovej diódy VD3. Toto napätie sa používa na napájanie fázy kľúča na tranzistore VT1, ktorý riadi činnosť výkonového spínača na triaku VD2.

Na prvky R2, C3 a VD1 je namontovaný parametrický regulátor napätia 9,1 V, ktorý sa používa na napájanie všetkých uzlov zariadenia: snímač PIR, mikroobvod DA1 a snímač denného svetla na tranzistore VT2.

Opísaný obvod sa vyrába ako súprava od spoločnosti Master Kit. Súprava obsahuje všetky potrebné rádiokomponenty, hotovú dosku s plošnými spojmi a kryt na zostavenie zariadenia, ako je znázornené na obrázku 5. Súprava obsahuje aj pokyny na zostavenie a nastavenie zariadenia.

Aj keď sa obvod všeobecne považuje za jednoduchý a pri bezchybnej montáži zo servisovateľných častí by mal začať pracovať okamžite, chcem však upozorniť na skutočnosť, že má beztransformátorový výkon. Preto by ste pri montáži a uvedení do prevádzky mali byť veľmi opatrní, dodržiavať bezpečnostné predpisy a ešte lepšie používať oddeľovací transformátor.

Obrázok 5. Puzdro zo súpravy Master Kit

Okruh úplne vstúpi do prevádzkového režimu za jednu a pol až dve minúty po zapnutí, preto by sa všetky nastavenia mali vykonať po uplynutí tohto času. Nastavenia sú jednoduché a redukujú sa na nastavenie požadovaného času oneskorenia rezistorom R22 a pomocou rezistora R23 sa zvolí prah svetelného senzora.

Prah samotného snímača pohybu je určený hodnotou rezistora Rll.Ak je potrebné zvýšiť citlivosť, môže sa jeho hodnota trochu znížiť. Preto s veľkým počtom falošných poplachov budete musieť zmeniť hodnotu v smere nárastu.

Obrázok 6 zobrazuje ďalšiu schému infračerveného snímača pohybu, ktorý je veľmi podobný obvodu znázornenému na obrázku 3.

Obrázok 6. Infračervený snímač pohybu. Variant 2 (kliknutím na obrázok ho zväčšíte)

Podobná schéma je vybavená svetlometom s halogénovou žiarovkou vo forme jediného zariadenia a je spravidla inštalovaná na vstupoch do súkromných domácností. Jeho účelom je rozsvietiť svetlo vo dvore, keď prídu majitelia domu, a okrem toho upozorniť majiteľov na prenikanie hostí, vrátane nepozvaných, na územie. Samotná schéma je veľmi podobná predchádzajúcej a vykonáva rovnaké funkcie, preto sa nevyžaduje podrobný opis. Budeme bývať iba na jednotlivých uzloch.

Ako infračervený senzor sa používa fototranzistor PIR D203C, ktorého signál sa privádza na čip DA1, rovnako ako v predchádzajúcom obvode. Citlivosť senzora sa nastavuje pomocou variabilného odporu VR3. Svetelný senzor je vyrobený na CDS fotorezistore, ktorý prostredníctvom tranzistora denného svetla VT2 blokuje činnosť tranzistora VT1, ktorý obsahuje relé riadenia záťaže. Preto vo dne nedôjde k zahrnutiu svetlometu.

Podobne ako predchádzajúci obvod obsahuje časové oneskorenie, ktoré sa vykonáva na kondenzátore C14, ktorého výbojová doba je regulovaná premenlivým odporom VR1. Limity nastavenia času sú uvedené priamo na diagrame.

Halogénový reflektor so snímačom pohybu je určený na inštaláciu na ulici, takže do oblasti pokrytia senzorom môžu okrem ľudí spadnúť aj mačky, psy alebo iné malé zvieratá. To môže spôsobiť falošné spustenie senzorov a zahrnutie svetla.

Na ochranu pred takýmito falošnými poplachmi sa odporúča nainštalovať pred senzor ochrannú clonu, ktorá do istej miery obmedzí dosah viditeľnosti zariadenia zdola: stačí rozlíšiť prichádzajúcu osobu, nie celú bránu, ale iba jej hornú polovicu.

V zložitejších senzoroch pohybu je tento problém vyriešený integrovaný mikrokontrolér, ktorá je celkom schopná určiť veľkosť objektu: stroj, osoba alebo myš. Takéto senzory sú samozrejme drahšie.

Automatické spínače osvetlenia s akustickými snímačmi

pre ovládanie svetla vo vchodoch bytových domov sa tiež používajú optické akustické spínače, Prepínače obsahujú mikrofón, optický senzor a výstupné kľúčové zariadenie.

Logika činnosti takýchto prepínačov je rovnaká ako v prípade infračerveného portu: vo dne je mikrofón vypnutý optickým snímačom a za tmy sa osvetlenie zapína aj pri zanedbateľných zvukoch vo vchode. Doba expozície je asi 1 minúta, po ktorej zhasne svetlo.

S novým výskytom zvukov sa cyklus opakuje. Citlivosť mikrofónu je taká, že zachytáva zvuk vo vzdialenosti 5 m, čo je dosť pre podmienky prístupu. Takýto senzor sa samozrejme nemôže používať na ulici, pretože svetlo sa zapne z akéhokoľvek zvuku, napríklad z prechádzajúceho automobilu.

Štrukturálne sú optické akustické spínače k ​​dispozícii v dvoch verziách: buď ako samostatná jednotka namontovaná na stene alebo strope, alebo zabudovaná do svietidiel rôznych prevedení. Takéto spínače sú znázornené na obrázkoch 7 a 8.

Obrázok 7. Opticko-akustický energeticky úsporný spínač EV-05

Obrázok 8. Lampa EVS-01 so vstavaným opticko-akustickým spínačom

Cena takýchto spínačov je spravidla nižšia ako cena spínačov s infračerveným senzorom, takže ich možno odporučiť na použitie v bytových a komunálnych službách, hoci to nevylučuje inštaláciu infračervených senzorov.

Prečítajte si tiež:Ako vybrať, nakonfigurovať a pripojiť foto relé pre vonkajšie alebo vnútorné osvetlenie

Comments

[#1 passer]

S akustickým senzorom, radšej ako to, či svetelné zdroje často „lietajú“ v dôsledku častého blikania?

[#2]

Jedným z pravidiel je, že to nebude možné umiestniť na neinvestičné múry. tenké steny samy vibrujú a dávajú falošné pocity z akéhokoľvek ponoru. Trojvodičová práca lepšie, ale na tento účel je potrebné kábel položiť vopred (výkon a zaťaženie). Normálny vypínač - prichádza fáza a záťaž, nie dosť nula. Po odstránení (ako v diagrame na obr. 6) iskriacej reťaze z R1, C1, ale pripojenom paralelne s reléovými kontaktmi, bolo možné pripojiť žiarivku, občas blikala s kondenzátorom. Dva kontaktné svietidlá neumožňujú zahrnúť do zaťaženia žiarivky a iné úsporné žiarovky.

[#3]

Ďakujem!