Датчики движения | Основные виды и их особенности, области применения
В повседневной жизни датчики движения чаще всего используются в:
1. Охранных системах, сигнализациях, системах контроле доступа (в том числе автомобильных)
2. Управлении освещением
3. Системах умного дома, для управления различными устройствами вентиляции, кондиционирования, автоматического открывания дверей и т.п. Под понятием «датчик движения» или «датчик присутствия», часто скрываются устройства совершенно разного принципа действия, выполняющие единую задачу, только различными способами.
В настоящее время наибольшее распространение получили следующие виды датчиков движения:
Полезная информация о различных характеристиках датчиков движения, которые нужно учитывать при выборе и приобретении.
А теперь давайте рассмотрим подробнее каждый из типов датчиков движения, принцип их действия, особенности эксплуатации, варианты использования и области применения.
Инфракрасные (ИК) датчики движения
Принцип Действия Инфракрасного датчика движения
Принцип работы инфракрасных датчиков движения заключается в обнаружении изменений инфракрасного (теплового) излучения окружающих объектов.
Каждый объект имеющий температуру испускает инфракрасное излучение, которое через систему линз или специальных вогнутых сегментированных зеркал, попадает на расположенный внутри датчика движения чувствительный сенсор, регистрирующий это.
Как работает инфракрасный датчик движения?
Когда объект движется, его ИК излучение поочередно фокусируется различными линзами системы на сенсоре (количество линз обычно варьируется от двадцати до шестидесяти штук), это и является сигналом к выполнению заложенной в датчике функции. Чем больше линз в системе датчика движения – тем выше его чувствительность. Так же, чем больше площадь поверхности системы линз – тем шире зона охвата у датчика движения.
Основные недостатки инфракрасных датчиков движения:
— Возможность ложных срабатываний. Из-за того, что датчик реагирует на любые ИК (тепловые) излучения, могут случаться ложные срабатывания даже на теплый воздух, поступающий из кондиционера, радиаторов отопления и т.п.
— Снижена точность работы на улице. Из-за воздействия окружающих факторов, таких как прямой солнечный свет, осадки и т.п.
— Относительно небольшой диапазон рабочих температур
Плюсы инфракрасных датчиков движения:
— Возможность довольно точной регулировки дальности и угла обнаружения движущихся объектов
— Удобен в использовании вне помещений т.к. реагирует лишь на объекты имеющие собственную температуру.
— При работе абсолютно безопасны для здоровья человека или домашних питомцев, т.к. работает как «приемник», ничего не излучая
Подробное описание установки и подключения инфракрасного датчика движения описано в нашей статье :
Ультразвуковые (УЗ) датчики движения
Принцип действия ультразвукового датчика движения
Принцип работы ультразвукового датчика движения заключается в исследовании окружающего пространства с помощью звуковых волн, частотой находящейся за пределами слышимости человеческим ухом – ультразвуком. При обнаружении изменения частоты отраженного сигнала, в следствии движения объектов, датчик запускает заложенную в нее функцию.
Как работает ультразвуковой датчик движения?
Внутри ультразвукового датчика движения расположен генератор звуковых волн (в зависимости от производителя и модели обычно генерируется частота звуковой волны 20-60 кГц), которые излучаются в зоне действия датчика и отражаясь от окружающих объектов поступают обратно в приемник.
Когда в зоне обнаружения ультразвукового датчика движения появляется движущийся объект, частота отраженной от объекта волны изменяется (эффект Доплера), что регистрируется приемником датчика и от него поступает сигнал на выполнение заложенной в ультразвуковой датчик движения функции, это может быть включение освещения или разрыв сигнальной сети охранной системы.
Особо широкое применение ультразвуковые датчики движения получили в автомобильной промышленности: в системах автоматической парковки, в так называемых «парктрониках», а также системах контроля за «слепыми» зонами. В доме хорошо проявляют себя в обнаружении движений в достаточно длинных коридорах, на лестницах и т.п.
Основные недостатки ультразвуковых датчиков движения:
— Многие домашние животные слышат ультразвуковые частоты, на которых работает датчик движения, что зачастую вызывает у них сильный дискомфорт
— Относительно невысокая дальность действия
— Срабатывает только на достаточно резкие перемещения, если двигаться совсем плавно – возможно обмануть ультразвуковой датчик движения
Преимущества ультразвуковых датчиков движения:
— Относительно невысокая стоимость
— Не подвергаются влиянию окружающей среды
— Определяют движение вне зависимости от материала объекта
— Имеют высокую работоспособность в условиях высокой влажности или запылённости
— Не зависят от влияния температуры окружающей среды или объектов
Датчики движения всё чаще становятся неотъемлемым атрибутом не только общественных зданий, но и жилых домов, квартир или офисов частных компаний, обеспечивая потребителям экономию электроэнергии. Однако чтобы устройства работали корректно и выполняли свою задачу, их нужно правильно выбирать.
Применение
Датчики движения чаще всего используют для управления осветительными приборами. И дело тут не только в комфорте, но и в экономии: их применение позволяет значительно сократить расход электроэнергии на освещение.
Кроме того, датчики движения используются в составе охранных систем, для управления автоматическими дверями, гаражными или складскими воротами, а также в системах «умный дом», например, для автоматизации работы климатической техники. Так, с помощью датчиков движения можно включать и выключать кондиционеры, регулировать мощность отопления, запускать котлы и т. д.
Выбор типа датчика
Наиболее часто встречаются датчики двух типов: инфракрасные и микроволновые.
Инфракрасные
Реагируют на перемещение в поле их обзора объектов, излучающих тепло. Прежде всего — людей и животных. Они пассивны, то есть сами ничего не излучают, а только фиксируют тепловое излучение. Работают инфракрасные датчики в зоне прямой видимости, то есть, если между объектом и датчиком нет преград. При этом они достаточно чувствительны даже к незначительным изменениям температуры, что позволяет выполнять точную настройку.
С другой стороны, эти же особенности ограничивают сферу применения инфракрасных датчиков.
«Во избежание ложных срабатываний их не рекомендуется устанавливать в зоне действия источников тепла: отопительных приборов, тепловых завес, кондиционеров, инфракрасных обогревателей, в цехах предприятий, вблизи мощных источников освещения, например, галогенных ламп и пр. Кроме того, чувствительность инфракрасных датчиков зависит от температуры окружающей среды, а на улице их точность снижается. Типичная сфера их применения — жилые дома, общественные, офисные и подсобные помещения, тёплые склады, фойе, холлы, подъезды, лестничные клетки и т. п.», — объясняет Александр Мирющенко, ведущий инженер группы исследований и технического анализа IEK GROUP, одного из ведущих российских производителей и поставщиков электротехники и светотехники.
Микроволновые
Активные. Испускают электромагнитные волны высокой частоты и фиксируют отражённое излучение, когда в поле появляются посторонние объекты, независимо от их температуры. Это исключает ложные срабатывания из-за воздействия источников тепла и позволяет устанавливать датчики там, где инфракрасные приборы могут работать некорректно. Правда, микроволновые устройства могут «ошибаться» рядом с мощными внешними источниками электромагнитного излучения. К примеру, электрощитовая — не лучшее место для установки микроволнового сенсора.
Одно из преимуществ микроволновых датчиков заключается в том, что их не обязательно монтировать в зоне прямой видимости. Главное, чтобы преграда была диэлектрической 1 или слабопроводящей. Так, чтобы не нарушать дизайн интерьера, датчики можно прятать за навесными потолками, внутри полых перегородок и т. д. Нередко их устанавливают внутри здания, направив излучателем наружу. Таким образом можно спрятать в доме датчик, который будет реагировать на движение у крыльца со стороны улицы. Помимо эстетических преимуществ, скрытая установка датчиков гораздо более эффективна, если они используются в составе охранных систем.
Как правило, микроволновые датчики стоят дороже инфракрасных, а дальность их действия немного меньше, зато микроволновый сенсор способен реагировать даже на очень незначительное движение.
Конструкция
Датчики бывают разными (см. рисунок 1): одни предназначены для потолочного монтажа, другие для настенного. Это не значит, что каждый тип устройства обязательно устанавливать строго на потолке или стенах: всё зависит от конфигурации помещения и поставленной задачи, которая может быть и неординарной. Однако в большинстве случаев конструкция оптимально адаптирована под соответствующее размещение. Также следует обратить внимание на рекомендуемый диапазон возможных высот монтажа.
Рис. 1. Настенный инфракрасный датчик с вращением в горизонтальной плоскости
Рис. 1. Настенный инфракрасный датчик с вращением в вертикальной плоскости
Рис. 1. Микроволновый датчик для встраивания в подвесной или натяжной потолок
Выбор датчика по параметрам
По степени защиты IP (ГОСТ 14254-2015)
Датчики движения выпускаются с различной степенью защиты IP, что позволяет использовать изделие в разных условиях эксплуатации. IP маркируется двумя цифрами, первая из которых характеризует защищённость от попадания внутрь прибора твёрдых предметов и пыли, а вторая — влагозащищённость.
Датчики с маркировкой IP20 подойдут для жилых или офисных помещений. Цифра 2 говорит о том, что устройство имеет корпус, предохраняющий внутренности от контакта с посторонними предметами (размером 12,5 мм и больше), а 0 об отсутствии защиты от влаги. Для установки под потолком комнаты этого достаточно, а вот для ванной уже нет.
Если помещение влажное или может быть загрязнённым, то нужно выбирать датчики с IP44. Их корпус надёжно защищён от попадания внутрь твёрдых частиц диаметром 1 мм и больше, а также от воздействия брызг. Это вариант для санузлов, кухонь, гаражей, подсобок и складов, подвалов, чердаков, домашних мастерских, подъездов, лестничных клеток и пр.
Наиболее надёжная защита в этом классе оборудования — IP65. Такой датчик не боится пыли, кратковременного попадания даже прямой струи воды. Может работать в производственном цеху, в помещении автомойки и т. п.
По диаграмме направленности
«Перед тем как купить датчик, нужно оценить геометрию помещения, в котором его планируется установить, и правильно определить зону его обзора. Пренебрежение этим этапом часто ведёт к тому, что неправильно выбранный и установленный датчик „не видит“ движения там, где нужно пользователю», — советует Александр.
Выбрав предполагаемое место размещения прибора, следует провести замеры и определить желаемый угол обзора, а также максимальную дистанцию, на которой датчик должен «почувствовать» движение. Причём измерить это расстояние нужно не в одном направлении, а в нескольких, если целевая зона не ограничена одним дверным проёмом. При необходимости можно нарисовать схему и указать на ней углы и расстояния. Смысл этих действий становится понятен, если сравнить свою схему с диаграммой направленности из паспорта датчика (рисунок 2).
Рисунок 2
Осветлённая область в прямоугольнике — зона обзора датчика, белым пунктиром показана зона уверенной фиксации движения. Также следует учитывать, что сенсоры некоторых датчиков можно по-разному ориентировать в пространстве, корректируя зону обзора (см. рисунок 1).
Настройка
После того как датчик выбран и установлен, его необходимо настроить. У инфракрасных датчиков, как правило, доступна регулировка трех параметров: уровня освещённости, чувствительности и времени отключения.
Подобрать комфортное пороговое значение нетрудно вручную. Для этого нужно дождаться того уровня освещённости, при котором необходимо включать свет, и, вращая регулятор, найти соответствующее положение на шкале.
Лайфхаки
Устанавливая датчик движения на кухне, нужно предусмотреть, чтобы в зону обзора не попадали нагревательные приборы, например, чайник. Иначе свет будет включаться всякий раз при его закипании.
Иногда целесообразно параллельно с датчиком установить обычный выключатель. Например, если пользователь остаётся в неподвижном положении (читает книгу, смотрит телевизор), то через некоторое время датчик, не фиксируя движения, выключит свет.
Инфракрасный датчик движения – электронное устройство, реагирующее на изменение уровня теплового фона контролируемого пространства. Все организмы излучают тепло в инфракрасном диапазоне, в том числе тело человека.
Когда применяются ИКДД
Прибор в первую очередь предназначен для фиксации движения людей. Перемещения объекта в зоне обзора инфракрасного датчика движения (ИКДД) замечают фотоэлементы головки прибора. Сигнал подаётся в электронный блок управления, который, в свою очередь, через реле включает то или иное устройство.
Датчики движения эксплуатируются, преследуя различные цели в определённых условиях. ДД различаются по назначению:
Охранные системы
Проблема охраны придомовых территорий и помещений в зданиях и сооружениях во многом решается за счёт установки ИКДД. Контрольные устройства работают совместно с системой видеонаблюдения, звуковой сигнализацией.
В отсутствии хозяина детектор движения, установленный в салоне автомобиля, при приближении человека к машине включает камеру видеорегистратора. Если произошло воровство, водитель потом может увидеть, кто это сделал.
Управление освещением
Установленные датчики в доме или квартире могут существенно сэкономить затраты на оплату электроэнергии. Подсоединенные к приборам освещения в доме или на улице инфракрасные датчики мгновенно включают свет при появлении человека в зоне охвата ИК детекторов.
ИКДД, управляющие освещением, имеют три опции настроек, это:
Освещённость
Реакцию прибора на степень освещённости зоны контроля регулируют винтом «LUX». В зависимости от места установки регулятор поворачивают в определённую позицию. В закрытых помещениях от наружного света шлиц винт ставят напротив отметки «Max». Если прибор должен срабатывать при наступлении сумерек, то положение регулятора фиксируют опытным путём.
Чувствительность
Винтом «Sens» добиваются реакции ИКДД на определённый объём движущегося объекта. Особенно это нужно для уличных приборов, чтобы они не реагировали на мелких животных.
Время задержки
Время задержки регулируют поворотом винта «Time». Это даёт возможность работать освещению некоторое время после прекращения какого-либо движения в поле обзора ДД. Временной промежуток устанавливают в пределах от 5 секунд до 10 минут.
Важно! Универсальность применения ДД позволяет создавать комбинированные схемы охраны различных объектов. Датчики устанавливают на огородах и в полях, гаражах и мастерских, складских помещениях и т.д. ИК датчик может производить одновременное включение света, сирены, видеокамеры и передать по беспроводной связи информацию на смартфон.
Система «Умный дом»
Операционная система «Умный дом» приобретает всё большую популярность у населения страны. Управляющий комплекс может устанавливать режимы работы различных домашних устройств и оборудования. Датчики движения являются неотъемлемой частью этой системы.
Инфракрасные детекторы при появлении хозяев в жилище передают сигналы в операционную систему, которая может включить тёплые полы, вентиляцию, открыть шторы на окнах и многое другое. Управлять «Умным домом» можно дистанционно с помощью мобильного телефона.
Разновидности и особенности ИК датчиков
Инфракрасные датчики движения по энергопитанию делятся на два вида:
Сетевые приборы
ИК детекторы подключают к бытовой электросети напряжением 220 вольт. ДД устанавливают стационарно потому, что они привязаны к электропроводке. Чтобы датчик перенести в другое место, нужно переместить провода вслед за прибором.
Автономные датчики
Мобильные ИКДД можно закрепить на любой плоскости внутри дома. Датчик питается от батареек, поэтому не зависит от точек подключения к электросети. Обычно приборы оснащены электронной схемой с динамиком. Крепят их к любым поверхностям с помощью двустороннего скотча.
По месту установки датчика приборы изготавливают в двух видах:
Уличные
ДД используют для контроля открытых пространств. Максимальное расстояние до объекта для прибора составляет 10-15 м. Оперативная дальность реагирования устройства зависит от высоты его установки (максимум 3 м). Наружные датчики являются составляющими элементами охранной системы. Отличительной особенностью приборов является усиленная защита от негативных воздействий атмосферы (мороза, дождя и ветра).
Внутренние
Приборы для помещений изготовители помещают в корпуса белого или серого цвета, в отличие от чёрных уличных ДД. Внутренние ИК детекторы не защищены от низкой температуры и ветровой нагрузки. Влагозащита у них на низком уровне. То есть эти приборы предназначены для эксплуатации только в закрытых пространствах.
Датчики различают по виду крепления:
Потолочные модели монтируют на перекрытиях, когда нужно контролировать пространство вокруг на 3600. Настенные – реагируют узконаправленно: на выход/вход помещения. Угловые ДД нужны для контроля смежных комнат или коридоров. Крепление универсальных датчиков позволяет устанавливать их в любом положении.
Принцип работы ДД
Чтобы понять, как работают датчики движения, нужно рассмотреть схему ИК детектора, понять из чего состоит прибор, и как функционируют его элементы.
Принцип строения схемы ДД основан на совокупности трёх элементов: это оптическая система, пироприёмник и блок обработки сигналов.
Оптическая система
Оптикой датчика называют то, что представляет собой полупрозрачную изогнутую пластину на фасаде корпуса или подвижной головки устройства. Пластик покрыт изнутри множеством мелких линз. Его функция состоит в том, чтобы сфокусировать инфракрасное излучение, исходящее от контролируемого пространства, на фотоэлементах пироприёмника.
Пироприёмник
Пирочувствительный элемент чутко реагирует на изменение фокусировки оптической системы. В случае появления объекта в зоне наблюдения микропроцессор пироприёмника передаёт сигнал в операционный блок.
Блок обработки сигналов
Операционная система представляет собой сложную электронную схему, которая, кроме фиксации движения, управляет режимами настройки прибора. Основной функцией блока является подача сигнала на реле, включающее то или иное подключённое оборудование (свет, сигнализацию и пр.).
О том, что датчик находится в рабочем режиме, сигнализирует встроенный в лицевую панель светодиодный индикатор красного цвета. В режиме ожидания светодиод не горит.
Преимущества
Инфракрасные датчики движения обладают рядом преимуществ, таких как:
Критерии выбора
Перед покупкой ИКДД нужно определить, для чего он нужен. При выборе той или иной модели надо руководствоваться следующими критериями:
Обратите внимание! В сопроводительной документации покупатель может ознакомиться со всеми параметрами, указанными выше. В паспорте производитель обязательно указывает срок гарантийной службы прибора.
Где устанавливаются ДД
В зависимости от предназначения ИК датчика выбирают место для его установки. На улице датчики размещают на столбах и стенах фасадов зданий и сооружений. ДД на опорах обязательно должны быть защищены козырьком от атмосферных осадков. Максимальная высота датчика не должна превышать 3 м.
В помещениях определяют место крепления в зависимости от выбора зоны контроля. Если нужно охватить всю площадь комнаты, то выбирают потолочный вариант. В проходных помещениях устанавливают угловые и настенные модели.
Взаимодействие с другими устройствами
Инфракрасные датчики движения оснащены электромеханическими реле, которые в экстренном случае включают питание сопутствующего оборудования. Подключение к приборам освещения выполняется просто. Так же обстоит дело и с другими устройствами. Операционной системе «Умный дом» достаточно получить от ДД сигнал, и запрограммированные действия произведёт блок управления.
Дополнительная информация. Возможности интернета позволяют подобрать и купить нужную модель инфракрасного датчика движения, не выходя из дома. Товар доставят прямо по адресу за короткое время.
Использование
В основном инфракрасные датчики движения используются на следующих направлениях:
Защита от проникновения
В ночное время суток ИКДД эффективно «выявляют» лиц, незаконно проникающих на частную территорию, в жилые помещения, склады и пр. Одновременно могут включиться сирена и яркое освещение объекта. Также к системе оповещения можно подключить видеорегистратор. Для охвата больших площадей устанавливают несколько ДД.
Автоматизация света
Автоматическое включение света в помещениях при появлении людей исключает траты электроэнергии во время их отсутствия. В тёмных местах на улице, где наблюдаются редкие прохожие, датчики включают свет на время пересечения людьми этих участков. Тем самым достигается экономия электричества, которые было бы потрачено на бесполезное освещение.
Автоматизация климата
В вопросе автоматизации температурного режима в домах и квартирах ИК детекторы играют важную роль. Они подают команды в блоки управления кондиционерами, тёплыми полами и прочего оборудования в зависимости от присутствия или отсутствия людей в подконтрольном пространстве.
Многофункциональность ИК датчиков движения привлекает большое количество потенциальных покупателей. Простота монтажа и эксплуатации, долговечность и невысокая стоимость приборов – всё это делает их самыми популярными устройствами на рынке электротехники.
Рис. 1. Настенный инфракрасный датчик с вращением в горизонтальной плоскости
Рис. 1. Настенный инфракрасный датчик с вращением в вертикальной плоскости
Рис. 1. Микроволновый датчик для встраивания в подвесной или натяжной потолок
Рисунок 2