На данное время наиболее распространенным и популярным устройством для обнаружения движения является объемный, пассивный, инфракрасный детектор движения.
Принцип его действия основан на приеме теплового излучения от любого объекта пироэлектрическим инфракрасным приемником. Этот элемент работает совместно с полевым транзистором, который выступает в качестве предварительного усилителя.
Содержание:
Для того чтобы диапазон тепловой волны излучаемой человеческим телом (5 – 14 МКМ) воспринимался фотоприемником, применяют специальные светофильтры
Для минимизации ложных срабатываний в конструкцию датчика включены два таких приемника подсоединенных по встречной схеме.
В зависимости от внешней засветки и температуры генерируются напряжения каждым датчиком в отдельности. Их сигналы вычитаются и компенсируются, при превышении пороговой величины срабатывает реакция устройства на движение.
Датчик движения LX01
Для примера возьмем детектор LX01. Устройство состоит из двух боксов: монтажного и аппаратного, которые соединены подвижным кронштейном, облегчающим настройку зоны сканирования.
В аппаратном боксе находиться плата управления, к которой присоединены сенсоры: пироэлектрический, распознающий движение, светочувствительный фоторезистор для определения уровня освещенности.
Сенсоры прикрывает светопроницаемая пластмассовая шторка с выдавленными по всей площади элементами линз Френеля.
На торце расположены рифленые ручки оперативных регуляторов, связанных с подстроечными резисторами.
На монтажной коробке имеются отверстия для вывода проводов и крепления корпуса осветительного прибора.
В отличие от детекторов использующихся исключительно для систем тревожной сигнализации устройство имеет дополнительные параметры, регулирующие срабатывание.
Регулятор «TIME» – регулирует время по истечении, которого прибор выключает освещение, если человек продолжает находиться в зоне действия прибора то свет будет включен повторно.
Регулятор «DAYLIGHT» – устанавливает светочувствительность прибора и позволяет точно определить порог затмения автоматического включения освещения.
Регулятор «SENS» – устанавливает чувствительность пироэлектрического сенсора детектора обнаружения. С его помощью можно регулировать радиус зоны обнаружения.
- Угол зоны сканирования 120 0 .
- Максимальная дальность обнаружения 12м.
- Питание: переменный ток от 180 до 240В при 20мА.
- Максимальная нагрузка 1200Вт при 5А.
- Время отключения 5сек-600сек.
- Светочувствительность в диапазоне 10-2000Лкс.
Устройство чувствительно к низким температурам окружающей среды и поддерживает работоспособность только до -10 0 С. Рекомендуется установка в помещениях на высоте от 2м до 4 м.
Принципиальная электрическая схема датчика движения
В состав устройства модели LX01 входят инфракрасный сенсор определяющий движение и элементы, усиливающие и обрабатывающие сигнал.
 |
1. Светофильтующая пластина. 2. Транзистор. 3. Резистор. 4. Контакт питания на +5В. 5. Корпус. 6. Кристалл пироэлектрика. 7. Общий выход. 8. Сигнальный выход. |
 |
|
 |
Пассивный, инфракрасный пироэлектрический сенсор это пластина прозрачного кварца, пропускающая лучи инфракрасного диапазона и керамический сенсор.
Так же в корпусе находится усилитель, который согласует высокое выходное напряжение, поступающее с сенсора.
Пироэлектрический сенсор RE-46, который используется в детекторе движения модели LX01, подсоединен к операционному усилителю LM324N. Он имеет сложную структуру, состоящую из четырех каскадов усилителей.
Функциями усилителей DA1.1 и DA1.2 является произведение коррекции поступающего сигнала с последующей передачей на третий каскад — DA1.3.
Компаратор, который к нему присоединен, производит распознание предварительно обработанного сигнала. На четвертом каскаде DA1.4 происходит регулирование времени освещения.
Следует отметить, что при таком принципе обработки поступающих сигналов определение движущегося объекта сводится не к регистрации наличия теплового излучения, а на выявлении динамического изменения такого излучения.
Фоторезистор (R23), определяющий уровень внешнего освещения, управляется подстроечным резистором R24, а тот в свою очередь соединен с контактом базы танзистора VT1.
Если световая интенсивность увеличивается, то сопротивление фоторезистора падает, соответственно ток у базы транзистора увеличивается. Он открывается и происходит эффект подтягивания потенциала контакта между резисторами R25 / 21 и потенциала земли.
Таким образом, запрещается поступление сигнала с каскада DD1.4 на базовую клемму транзистора VT2, который активизирует соединительное реле К1. При срабатывании реле ранее, работа фоторезистора будет заблокирована диодом VD4 на весь период активной фазы.
Устройство работает от обычной электросети 220В, 50Гц. Напряжение, поступает на устройство через плавкий предохранитель FU. Через вход гасящего конденсатора ( на схеме — C11) и диодный мостик (VD7-10), на выходе напряжение будет составлять 18 — 22 вольта.
Далее напряжение, сглаживается и выпрямляется конденсатором С12, подается на стабилизатор DA2 78L08. Повышенное напряжение, которое возникает на выходе из стабилизатора, направляется на стабилитрон (на схеме VD6), который гасит его до 24В. При переключении контактов реле возникают коммутационные помехи, которые гасятся последовательностью из резистора R26 и С10.
Схемы подключения
Эта модель рассчитана на непосредственное подключение осветительных приборов запитанных от электросети с переменным током 220В, но ограниченна в мощности присоединяемых устройств не более 1 КВт.
Для дополнительного контроля освещения, который предусматривает, как автоматическое, так и ручное включение осветительного прибора используется следующая схема соединения датчика движения через распределительную коробку.
Возможно подключение нескольких детекторов движения для контроля одного осветительного прибора. Такие схемы используются для освежения лестниц или длинных коридоров, которые не могут в полной мере контролироваться одним детектором.
Для того чтобы увеличить максимальную нагрузку используют способ подсоединения датчика движения через промежуточное реле.
В этом случае максимальная мощность потребления будет ограничиваться только параметрами нагрузочной способности используемого промежуточного реле. Таким образом, можно подключать мощные галогенные прожектора с нагрузкой в несколько киловатт.
Применяя, в качестве осветительных элементов, ртутные лампы дневного света, следует помнить, что период между включениями должен соответствовать времени остывания лампы.
Правила установки датчика движения
На стабильность и эффективность функционирования системы тревожной сигнализации влияет место, выбранное для установки детектора движения.
При этом необходимо правильно выбрать не только общую схему, но и точку подключения в каждом помещении. Определяя ее необходимо свести к минимуму негативное влияние внешних факторов, которые могут привести к ложному срабатыванию системы сигнализации.
Следует избегать попадания в область срабатывания конвекционных и интенсивных воздушных потоков (кондиционеры и батареи отопления), а так же прямых солнечных лучей.
Кроме того, поверхность, на которую устанавливается датчик, не должна подвергаться дрожанию и вибрациям (от открывания двери или окна).
Традиционная установка детектора – в затененном углу комнаты на высоте не более 2,4-3м с направлением зоны сканирования на центр помещения. 
Обозначения на схеме:
1. Датчик движения
2. Сенсор разбития стекла
3. Геркон
4. Детектор дыма
Датчик движения чаще всего используется для включения освещения, когда вы проходите или находитесь рядом с ним. С его помощью можно хорошо экономить электричество и избавить себя от необходимости щелкать выключателем. Это устройство также используется и в системах сигнализации, для определения нежелательных проникновений. Кроме этого их можно встретить и на производственных линиях, они там нужны для автоматизированного выполнения каких-либо технологических задач. Датчики движения иногда называют датчикам присутствия.
Типы датчиков движения
Датчики движения различают по принципу действия от этого зависит их работа, точность срабатывания и особенности использования. У каждого из них есть сильные и слабые стороны. От конструкции и рода используемого элемента зависит и конечная цена такого датчика.
Датчик движения может быть выполнен в одном корпусе и в разных корпусах (блок управления отдельно от датчика).
Контактные
Самый простой вариант датчика движения – использовать концевой выключатель или геркон. Геркон (герметичный контакт) это переключатель который срабатывает при появлении магнитного поля. Суть работы заключается в установки концевого выключателя с нормально-разомкнутыми контактами или геркона на дверь, когда вы её откроете и зайдете в помещение контакты замкнутся, включат реле, а оно включит освещение. Такая схема изображена ниже.
Инфракрасные
Срабатывают от теплового излучения, реагируют на изменение температуры. Когда вы входите в поле зрения такого датчика он срабатывает на тепловое излучение от вашего тела. Недостатком такого способа определения являются ложные срабатывания. Тепловое излучение присуще всему что есть вокруг. Приведем несколько примеров:
1. ИК датчик движения стоит в помещении с электрообогревателем, который периодически включается и отключается по таймеру или термостату. При включении обогревателя возможны ложные срабатывания. Можно попробовать этого избежать долгой и скрупулезной настройкой чувствительности, а также попыткой направить его так, чтобы в прямой видимости не было обогревателя.
2. При установке на улице возможны срабатывания от порывов тёплого ветра.
В целом эти датчики нормально работают, при этом это самый дешевый вариант. В качестве чувствительного элемента используется PIR-сенсор, он создает электрическое поле пропорционально тепловому излучению.
Но сам по себе сенсор не имеет широкой направленности, поверх него устанавливается линза Френеля.
Правильнее будет сказать – многосегментная линза, или мультилинза. Обратите внимание на окошко такого датчика, оно разбито на секции это и есть сегменты линз, они фокусируют попадающие излучения в узкий пучок и направляют его на чувствительную область датчика. В результате этого на маленькое приемное окошко пироэлектрического сенсора попадают пучки излучений с разных сторон.
Для увеличения эффективности детектирования движения могут устанавливать сдвоенные, или счетвертненные сенсоры или несколько отдельных. Таким образом, расширяется поле зрение прибора.
Исходя из вышесказанного нужно отметить и то, что на датчик не должен попадать свет от лампы, а также в поле его зрения не должно быть ламп накаливания, это также сильный источник ИК-излучения, тогда работа системы в целом будет нестабильной и непредвиденной. ИК-излучения плохо проходят через стекло, поэтому он не сработает, если вы будете идти за окном или стеклянной дверью.
Это самый распространённый вид датчика его можно купить а можно и собрать самому на основе, поэтому рассмотрим его конструкцию подробно.
Как собрать ИК-датчик движения своими руками?
Самый распространенный вариант – это HC-SR501. Его можно купить в магазине радиодеталей, на али-экспресс, часто поставляется в наборах Arduino. Может использоваться как в паре с микроконтроллером, так и самостоятельно. Он представляет собой печатную плату с микросхемой, обвязкой и одним ПИР-сенсором. Последний накрыт линзой, на плате есть два потенциометра, один из них регулирует чувствительность, а второй время которое на выходе датчика присутствует сигнал. При детектировании движения на выходе появляется сигнал и держится установленное время.
Он питается напряжением от 5 до 20 вольт, срабатывает на расстоянии от 3 до 7 метров, а сигнал на выходе держит от 5 до 300 секунд, вы можете продлить этот период, если использовать одновибратор на NE555, микроконтроллер или реле задержки времени. Угол обзора порядка 120 градусов.
На фото изображен датчик в сборе (слева), линзу (справа внизу), обратную сторону платы (справа вверху).
Рассмотрим плату подробнее. На её передней стороне расположен чувствительный элемент. На задней – микросхема, её обвязка, справа два подстроечных резистора, где верхний – время задержки сигнала, а нижний – чувствительность. В нижней правой части джампер для переключения режимов H и L. В режиме L датчик выдает выходной сигнал только она период времени выставленного потенциометром. Режим H выдает сигнал, пока вы находитесь в зоне действия датчика, а когда вы её покидаете сигнал, исчезнет через время заданное верхним потенциометром.
Если вы хотите использовать датчик без микроконтроллеров, тогда соберите эту схему, все элементы подписаны. Схема питается через гасящий конденсатор, напряжение питания ограничено на уровне 12В с помощью стабилитрона. Когда на выходе датчика появляется положительный сигнал реле Р включается через NPN транзистор (например BC547, mje13001-9, КТ815, КТ817 и другие). Можно использовать автомобильное реле или любое другое с катушкой на 12В.
Если вам нужно реализовать какие-то другие функции – можно использовать его в паре с микроконтроллером, например платой Ардуино. Ниже представлена схема подключения и программный код.
Функции прибора просты: при наличии человека в зоне действия теплового датчика срабатывает реле и включается освещение. Заявленная производителем устройства коммутируемая мощность нагрузки до 200 Вт. Причём заменой реле на более мощное, можно нагрузку повысить и до нескольких киловатт.
Зона обнаружения датчика заявлена от 3 до 8 метров и меняется в зависимости от интенсивности освещения встроенного в датчик фоторезистора. Соответственно, при включенном в схему фоторезисторе в дневное время прибор не сработает.
Схема принципиальная и подключение
Тут 2 варианта — с управлением нагрузкой через симистор и через электромагнитное реле. В схеме предоставлена таблица изменения подборкой сопротивления временного интервала работы прибора на включение нагрузки.
Основа схемы — специализированная микросхема LP8072C, краткое описание на которую приводится выше.
Печатная плата срисована с рабочего оригинала в масштабе 1:1. Все обозначения и номиналы элементов проверены и соответствуют установленным на оригинальной плате, но имеют незначительные отличия в целях усовершенствования от предоставленной в материале схемы. Необходимая документация, в том числе разводка платы для тех, кто захочет самостоятельно спаять конструкцию — в общем архиве. Автор статьи Igoran.
Обсудить статью СХЕМА И ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДАТЧИКА ДВИЖЕНИЯ