Устройство и виды датчиков присутствия для включения света

Способ работы и конструкция

Датчики присутствия в зависимости от вида по-разному могут реагировать на наличие движущегося предмета. У любой модели существуют свои плюсы и минусы, но чтобы минимизировать присутствие отрицательных факторов, как правило, делают выбор в пользу комбинированных устройств.

Инфракрасный датчик: принцип работы

Инфракрасные модели для включения света имеют конструкцию из пироэлектрического ИК блока, главной линзы, которая состоит из ряда небольших линз и вспомогательных электронных элементов. Датчики присутствия включаются при возникновении и исчезновение ИК волны на фотоэлементе, где источником является человек. Их принцип работы состоит в следующем:

• Во время появления человека в области действия устройства каждая микро линза сосредотачивает инфракрасное излучение на плоскость объекта, а одна определенная – на фотоэлемент, в это время происходит определение сигнала;
• Спустя мгновение, по мере передвижения человека, линза завершает фокусирование инфракрасного сигнала на фотоэлементе, потому что имеет определенный участок чувствительности, через область которого человек проходит. В это время сигнал пропадает;
• Если человек попадает в область чувствительности следующей линзы, уже она сосредотачивает инфракрасное излучение на фотоэлементе. Данный процесс проходит до тех пор, пока человек не выйдет из области действия оборудования.

Возникновение и исчезновение ИК излучения на фотоэлементах подразумевает то, что в области работы датчика возник перемещающийся предмет, в нашем случае – человек.

Ультразвуковой и микроволновой датчики: способ работы и конструкция

Главные элементы микроволнового устройства – генератор высокочастотных излучений и приемник непосредственно этих излучений, но уже отраженных. Устанавливаются системы, как правило, в охранной системе сигнализации, но также их подсоединяют в осветительную цепь. Ультразвуковое оборудование также имеет конструкцию из генератора шумовых сигналов и приемника, и в осветительных системах применяется довольно редко.

Способ работы этих моделей аналогичен, и происходит с помощью эффекта Доплера. Различие только в типе излучаемых сигналов. Процесс определения передвижения такой:

• Генераторы оборудования генерируют конкретные сигналы на своей частоте, которые распространяются в определенном диапазоне;
• По степени передвижения человека, сигналы, отражающиеся от него, поступают на приемник иной длины и с иной частотой;
• Изменения частоты сигнала определяются приемником.

Комбинированные устройства

Основное достоинство комбинированных устройств, в отличие от других состоит в том, что они в наибольшей степени снижают число ложных включений. В одном корпусе датчика находятся две системы определения передвижения. Свет загорается лишь тогда, когда включаются оба детектора. Самой популярной является объединение инфракрасного и микроволнового способов определения.

Звуковое устройство для включения света

Шумовое устройство включения света подает команду на замыкание цепи освещения во время появления различного рода звуков: шагов, хлопков, открывания дверей, разговоров. В роли приемника шума устанавливается микрофон, преобразовывающий звуковые волны в переменное напряжение. Чувствительность микрофона можно отрегулировать так, чтобы свет загорался лишь по хлопку или при появлении иных звуков.

Схема работы датчика присутствия

Конструкция инфракрасных датчиков включает в себя пироэлектрический Ик блок и большую линзу, состоящую из нескольких более мелких линз.

Принцип действия прибора следующий:

• Когда человек появляется в зоне охвата датчика, все микролинзы направляют свои волны на объект, а одна из них – на фотоэлемент, это момент фиксации сигнала.
• Если человек движется, то первая линза перестает фокусироваться на фотоэлементе, так как человек выходит из зоны ее действия.
• При переходе человека на участок действия другой линзы, она работает так же, как и первая, и так происходит с каждой микролинзой, пока объект не покинет зону охвата детектора.

Назначение инфракрасного датчика движения

Основные задачи инфракрасных датчиков – это:

• Экономия электроэнергии. Свет будет гореть только в том случае, если это на самом деле нужно.
• Эффект присутствия. При установке датчика на улице перед воротами на участке, в подъезде, на окнах нижних этажей во время его срабатывания появляется чувство, будто кто-то есть дома. Это, с одной стороны, вызывает ощущение комфорта, а с другой, отпугивает грабителей и бандитов.

Несмотря на всю его полезность, случается так, что людям этот датчик освещенности для включения света действует на нервы. Его способность успокаивать и заботиться о невыключенном освещении нравится далеко не всем.

Часто можно услышать: “Что он там щелкает?”, “Мне что теперь все время нужно двигаться, чтоб свет был включен?”, “А если я не хочу, чтоб он был включен?”

Ответ на все эти вопросы один, и он достаточно прост: при установке датчика необходимо лишь применить несколько дополнительных выключателей, которые идеально подойдут под требования жильцов и создадут возможность комфортной эксплуатации системы.

Сама схема подключения датчика для включения света будет описана немного ниже в этой статье.

Датчик движения: как это работает

Любой прибор рассматриваемого семейства реагирует на движение. Рассмотрим, как работают разные виды датчиков движения.

Инфракрасный

Его принцип действия — анализ поступающего на рабочую поверхность тепла. PIR-разновидности не генерируют его сами, а лишь регистрируют входящее.

Инфракрасный прибор конструктивно содержит два теплочувствительных элемента. Для правильной фокусировки лучей перед каждым модулем размещена линза Френеля. Принцип работы типичного PIR-прибора таков:

• линзы направляют излучение на «свой» рабочий модуль;
• при отсутствии движения в зоне видимости каждый из таковых получает примерно одинаковое количество тепла;
• при появлении теплового объекта ИК лучи проходят через линзы на одну часть термодатчика. Показания между ней и второй частью начинают различаться, и прибор «понимает», что мимо него кто-то прошел.

Разумеется, схема применением двух линз весьма проста и груба, хотя и пригодна, к примеру, для включения освещения по сенсору в простых случаях. Поэтому в действительности каждый прибор оснащается несколькими десятками линз. Внешне такой модуль выглядит как фасеточный глаз стрекозы и выведен на корпус в виде ячеистого окошка, скрывающего теплочувствительные компоненты.

В качестве последних в основном используют пироэлектрические элементы. Менее распространены полупроводниковые варианты и микроболометры с термопарами.

Ультразвуковые датчики

Эти приборы анализируют не воспринимаемый слухом человека ультразвуковой спектр. Принцип действия датчика движения таков:

• встроенный генератор ультразвука с определенной периодичностью испускает пучки акустических волн;
• после этого он переходит на прием и измеряет отраженный звук.

Если картина отраженного ультразвукового «эха» не изменяется, в зоне покрытия движения нет. Когда оно появляется, допплеровский эффект искажает эхо и работающий прибор понимает, что обстановка поменялась. Если зарегистрированное изменение превысит установленный настройками порог, сенсор сработает.

Генерирующим УЗ блоком обычно служит кварцевый или керамический пьезоэлемент, встречаются образцы с вибрирующей в электростатическом поле мембраной.

Радиоволновые

Принцип работы датчика движения данного типа похож на работу ультразвуковых, но измеряется не отраженный звук, а радиосигнал.

Преимущества радиодатчиков — в способности работать с площадями вне прямой видимости. Радиоволны в состоянии преодолевать неметаллические препятствия наподобие стен, и такие приборы можно использовать для контролирования скрытых за преградами помещений и объектов. Но реагирующее на радиоизлучение устройство стоит дорого, поэтому эти приборы (как и микроволновые) редко используются в домашних комплексах автоматизации, хотя нашли применение в системах наблюдения за крупными коммерческими площадями — цехами, складами и так далее.

Фотоэлектрические

Как видно из названия, они реагируют на свет. Их принцип работы — прерывание пучка падающего светового потока. Если прибор затеняется, он срабатывает.

Техническое устройство датчика движения рассматриваемого типа просто, такие приборы конструктивно составлены из двух частей:

• испускающей световые волны;
• принимающей.

Последняя содержит модуль генерирования тока под действием излучения. Если поток перекрыт, прибор сработает.

Самый простой пример применения фотосенсоров — в метрополитене: благодаря им работают турникеты метро. Если пассажир пытается пересечь турникет не заплатив, датчик реагирует и закрывает проход.

Технические характеристики и особенности

Правильно выбрать ИК-датчик помогут его технические характеристики. Данные представлены в паспорте прибора:

• Сетевое напряжение – обычное 230 В. Любая из моделей работает от обычной сети.
• Потребляемая мощность – в пределах 0,5 кВт. Это позволяет оснастить даже большой дом достаточным количеством датчиков.
• Диапазон обнаружения – угол обзора прибора. Измеряется в градусах. У настенных устройств он составляет диапазон от 120 до 280 градусов, у потолочного – 360.
• Дальность действия – измеряется в метрах. Это расстояние, на котором датчик фиксирует движение. Показатель оценивают по 3 параметрам. Перпендикулярное – самая большая зона, определяется при движении объекта по касательной к сектору. Фронтальная измеряется при перемещении прямо на датчик, дальность присутствия находят, когда человек оказывается под датчиком.
• Степень защиты – IP. Первая цифра обозначит защиту от пыли, вторая – от воды. Минимальный показатель 20. Прибор защищен от касания пальцами, но не защищен от воды. Самый высокий показатель – 65, такой датчик монтируют во влажных помещениях.
• Защита от подкрадывания – стандартная слепая зона датчика – пространство под ним. В современных моделях система исключает такую возможность.
• Температура воздуха – от -25 до +50°С. При более высокой температуре возможны сбои.
• Коммутационная способность – указывает на число подключаемых осветительных приборов – до 40 до 3000 Вт.
• Настройки – вручную в зависимости от места монтажа настраиваются показатели чувствительности, освещенности и времени. Для разных зон рекомендуются разные значения: для проходной время отключения составляет 5 минут, для рабочей зоны – 15. Чувствительность тоже определяется в соответствии с местом установки.

Есть и другие менее значимые параметры – материал корпуса, размеры и прочее.

Сравнение с микроволновым датчиком

Принцип работы микроволнового датчика

В качестве сенсора движения используют также микроволновый датчик. Он работает по радиолокационному принципу: прибор излучает сигнал, тот отражается и улавливается чувствительным элементом датчика. Если отраженный сигнал выше порогового, включается световое или звуковое устройство.

Отличия микроволнового датчика:

• работает в диапазоне сверхвысоких частот, что гарантирует очень высокую чувствительность;
• обнаруживает объект через диэлектрические препятствия: стекло, тонкую стену, деревянную дверь;
• независим от температуры среды или степени освещенности рабочего участка;
• улавливает медленное и незначительное перемещение.

Есть и недостатки:

• высокая цена — приборы устанавливают на важных хозяйственных объектах;
• работа устройства влияет на самочувствие людей и животных.

Типы датчиков присутствия

Инфракрасный датчик движения ЭРА MD08

В зависимости от того, с помощью чего датчик регистрирует движение в своей области действия, он может быть:

• инфракрасным;
• микроволновым;
• комбинированным;
• ультразвуковым.

Есть датчики, которые только воспринимают поступающее к ним излучение – их принято называть пассивными. Если же датчик одновременно и принимает, и излучает сигналы, он относится к категории активных.

Оборудование может быть акустическим или звуковым. Эти приборы отправляют сигнал для включения света в том случае, если уровень шума вблизи них будет превышать установленное значение.

Ультразвуковой датчик

Существуют разные варианты управления датчиками присутствия. На рынке современных устройств можно найти такие, которые позволяют пользователю самостоятельно выставлять показатели и менять их в любое время, включая расстояние действия, степень чувствительности и многое другое. В то же время другие выставляют все параметры полностью автоматически.

Последняя категория устройств сразу отправляет команду на включение света после того, как в области действия появляется какой-то движущийся предмет, а после его исчезновения отправляется команда на отключение освещения. При этом бывает так, что человек перемещался по своей территории, но потом решил присесть на лавочку, а датчик, который перестал фиксировать движение в своей зоне действия, автоматически отправил команду на выключение света. Чтобы исключить подобные неприятные ситуации, схема соединения дополняется обычным включателем, с помощью которого можно принудительно зажечь лампы.

Дополнительные параметры

Радиус обзора выбирают в зависимости от места установки и требуемой зоны обнаружения

Существует также несколько дополнительных параметров, по которым различают современные датчики присутствия:

• Дальность работы. В зависимости от особенностей работы устройство может срабатывать при обнаружении движения на расстоянии до 23 метров или даже больше. Чаще всего такой большой радиус работы нужен для наружных устройств или домов с длинными коридорами. В небольших помещениях вполне достаточно использовать оборудование с радиусом работы не более 10 метров.
• Мощность нагрузки. Диапазон этого показателя просто огромен – от 7 до 2 400 Вт. Выбирая тот или иной вариант, для начала стоит рассчитать мощность освещения, которое будет подключено к датчику. Если планируется с течением времени постепенно подключать новое оборудование, в схему следует добавить новый датчик или промежуточное реле. Бывает и так, что общая мощность приборов, подключаемых к датчику, значительно превышает рассчитанную мощность. Из-за этого ломаются реле устройства. В такой ситуации единственно верным решением будет полная замена оборудования.
• Вид нагрузки. Здесь все зависит от того, какие именно лампы используются в системе освещения квартиры или дома: галогенные, люминесцентные, светодиодные или обыкновенные лампы накаливания.
• Угол видимости. Этот параметр зависит исключительно от места установки устройства. Если оно фиксирует движение в коридоре, большой угол срабатывания без надобности. Если планируется поставить датчик где-нибудь на улице посреди двора, лучше всего купить устройство с большим охватом.

Вопрос-ответ

Будет ли датчик реагировать на домашних животных?

На мелких – нет, а на крупных, свыше 20 кг – да. Чтобы этого не происходило, стоит уменьшить чувствительность.

Чем датчик движения отличается от датчика присутствия?

Датчиков присутствия как таковых нет – это просто маркетинговое название чувствительных инфракрасных устройств. Они считывают даже малейшее движение, создавая иллюзия распознания присутствия.

Как сделать, чтобы свет после включения от датчика долго не горел, например, на лестнице?

Для этого необходимо выставить меньшую задержку – к примеру, полминуты – этого вполне хватит, чтобы подняться.

Виды датчиков движения

На современном рынке можно встретить множество устройств, которые так или иначе определяют присутствие кого-то в доме или на улице. Общее понятие “датчик движения для включения света” можно разделить на 4 типа, в зависимости от основного сенсорного элемента:

• ИК датчик для включения света (инфракрасный).
• УЗ датчик (ультразвуковой).
• СВЧ датчики (микроволновые).
• Комбинированные.

Кроме того, существует датчик звука для включения света и хлопковый датчик.

Каждый из них устанавливается в определенном месте и наиболее хорошо выполняет свои функции при правильной, рациональной установке.

Как применяется датчик движения?

Детекторы движения эксплуатируются с разными целями и в разных условиях. Они обеспечивают автоматическое включение и отключение оборудования, которое может быть сложным техническим комплексом, а может быть и обыкновенным источником света. Приборы света включаются, когда в поле их видимости появляется объект и отключаются спустя некоторое время после того, как двигательная активность погаснет.

Кроме того, такие приборы широко используются в системах «умного дома». Они регулируют систему вентиляции, кондиционирования, отопления, открывают автоматические ворота и двери и управляют другими механизмами в помещении.

Обозначение на схеме

На схеме графически датчик движения обозначается в виде квадрата с треугольным вырезом. Направлен последний плоскостью в сторону охватываемой территории.

Подключение производится по схеме замыкания и размыкания цепи. Если подразумевается временное и постоянное освещение, то параллельно устанавливается выключатель. Если он отключен, то освещение работает от датчика.

Различают двухпроводные и трехпроводные устройства. Первые, как правило, устанавливают в стандартный подрозетник. Подключение происходит по тому же принципу, что и у выключателя с одной клавишей. Вторые подключаются немного сложнее, но технология та же. Только дополнительно предусмотрено подключение нулевой фазы.

Как работают датчики

В зависимости от того, о каком типе датчика идет речь, меняются и особенности работы оборудования. Каждая модель имеет свои плюсы и минусы. Чтобы минимизировать недостатки, многие предпочитают использовать комбинированный вариант.

Инфракрасные

В конструкцию такого оборудования входит пироэлектрический блок, а также линза, включающая в себя несколько небольших линз, а также специальные электронные комплектующие. Датчик срабатывает сразу после того, как на фотоэлементе пропадает инфракрасная волна, если источником этой помехи стал человек.

Микроволновые и ультразвуковые

Принцип работы ультразвукового датчика

Такие устройства работают с помощью специального генератора высокочастотных излучений и приемника. В большинстве случаев их можно встретить в качестве отдельного элемента охранной системы. Некоторые предпочитают их использовать и при обустройстве освещения. Датчик постоянно излучает сигналы. Если они возвращаются с другой частотой, он определяет причину помехи и срабатывает, если фиксирует передвижение человека.

Шумовые

Такое оборудование срабатывает после того, как возле него фиксируются какие-то необычные звуки: хлопки, шаги, разговоры. В качестве приемника сигнала используется обыкновенный микрофон, чувствительность которого может регулировать сам пользователь.

Популярные датчики движения

Инфракрасные датчики движения сегодня можно приобрести как в магазинах электротехники, так и на различных торговых интернет-площадках.

РЭВ ДДВ-3

Небольшой датчик в формате элемента для самостоятельной сборки и подключения системы реагирования на движения. Предназначен для скрытого монтажа. Компактен, прост, однако радиус действия невелик. Имеет встроенный таймер отключения с регулятором.

ИЭК ЛДД10-009-1100-001

Мощный датчик, дальность действия которого – 12 м – позволяет размещать его на улице. Влагозащита лишь номинальная, от брызг (класс IP44), поэтому рекомендуется размещение под навесом. При довольно крупных размерах регуляторы очень маленькие – для настройки понадобится пинцет.

ИЭК ЛДД11-024-1100-001

Ещё одно устройство от IEK, на этот раз полусферического типа. Допускается как настенный, так и потолочный монтаж. Переключатели размещены под крышкой. Имеет встроенное реле, однако щелчок отличается умеренно тихим звуком.

REV 15283 5

Классический настенный датчик, дальность в 12 м ориентирована на размещение в длинных коридорах, а также на участках частных домов. Устройство «не хватает звёзд с неба», но честно выполняет все функции. Может огорчить лишь небольшой угол обзора – 110°.

TDM ЕLECTRIC SQ0324-0016

Оригинальное решение – датчик совмещён с цоколем E27, вкручивается в стандартный патрон и служит своеобразным переходником для лампочки, которой управляет. Может стать хорошим решением в том случае, если нужно установить только один источник света, включающийся от движения.

HIPER IoT M1

Хороший дизайн, отменная чувствительность, удобство и универсальность монтажа – всё для системы «умный дом». Протокол связи со шлюзом – Wi-Fi, через роутер. Из минусов можно отметить довольно длительное время отклика, а также случающиеся сбои в работе, требующие перезагрузки.

Aqara Motion Sensor

Датчик сопрягается не только с фирменным шлюзом Aqara, но и Apple Homekit, а также общим Xiaomi MiHome. Благодаря шаровой ножке может быть размещён в любом месте. Реализация сценариев на основе программного обеспечения делает его одним из лучших вариантов.

Классификация датчиков

Есть разнообразные способы классификации, по которым определяется датчик присутствия для включения света. Они могут реагировать на:

• Звук;
• Ультразвук;
• Микроволны;
• Изменения в ИК-излучении;
• Комбинированные.

Звуковые устройства реагируют на посторонний шум. Для его срабатывания достаточно простого хлопка в ладоши. Или он сработает даже при звуке мощностью не более 50 дБ. Такие датчики легко настраиваются кнопками управления на корпусе прибора.

Звуковое управление прибором возможно не только с помощью хлопка, но и автоматически по таймеру. Есть определенные неудобства использования устройства, работающие по такому принципу. Звуковые детекторы, которые обладают высокой избирательной способностью, могут среагировать даже на незначительный шорох, что в свою очередь вызывают ложные срабатывания.

Ультразвуковой прибор включает в себя генератор звуковых сигналов и приёмник. Использование таких устройств для организации освещения используется редко.

Микроволновое оборудование аналогично ультразвуковому датчику, но отличается типом излучений. Он также состоит из генератора. Но он излучает сигналы высокой частоты и имеет приемник отраженных сигналов. Их чаще можно встретить в системах охранной сигнализации и очень редко в целях управления включением света в помещениях

Инфракрасные устройства работают за счет установленных линз Френеля, которые входят в состав основной линзы. Когда движущийся человек попадает в поле зрения одной линзы, то датчик это фиксирует. Но если человек движется дальше, его перемещение фиксирует другая линза и отправляет на датчик сигнал о передвижении. И только в этот момент детектор сработает и отправит сигнал на включение света в комнате. Свет в комнате будет гореть до тех пор, пока прибор будет фиксировать:

• перемещение человека в пространстве;
• пока человек не остановится;
• покинет пределы зоны действия датчика.

Комбинированные приборы устанавливают для исключения ложных срабатываний. В таких приборах устанавливаются две системы фиксации перемещений. И свет в комнате включится только тогда, когда сработают обе системы. Например, в комбинированных датчиках могут быть установлены инфракрасные и микроволновые методы обнаружения присутствия.

Кроме этого вышеуказанные устройства могут быть:

• автоматическими;
• принудительного включения;
• с контролируемым радиусом действия;
• работающие при помощи пульта дистанционного управления.

Детекторы принудительного включения нужны в случаях контроля за освещением даже в тех случаях, если человек перестал двигаться, но находится в пределах комнаты.

Также разделят по типу установки. Они могут быть:

• встроенными, применяются для скрытого монтажа;
• накладными, устанавливаются на стены или потолки в помещении;
• влагостойкими (для установки как внутри дома, так и снаружи), обладают более высокой степенью защиты от внешних условий.

Кроме конструктивного исполнения детекторы присутствия могут различаться:

• по мощности (от 1000 до 2000 Ватт)
• дальности обнаружения (8–20 метров);
• радиусу обнаружения (от 450 до 3600);
• нагрузкой (зависит от типа ламп: люминесцентные, накаливания, галогенные);
• типу подключения (проходные или непроходные).

Заключение

Датчики движения находят применение в различных сферах — от простых схем автономной сигнализации или управления светом в квартире до сложных охранных систем и автоматизированных комплексов управления оборудованием. Самые простые среди них — PIR-датчики, но разработчики часто комбинируют несколько видов сенсоров для достижения максимальной точности и функциональности.

Решая, какой датчик выбрать, следует учитывать и понимать:

• как устроен прибор;
• как работает, по какому принципу;
• рабочие характеристики;
• место его установки — закрытое помещение или улица. Для дома и внешнего размещения пригодны разные виды устройств;
• предназначение — управление охраной, освещением, вентиляцией и так далее;
• конфигурацию подконтрольной зоны.

От этих нюансов зависит выбор типа сенсора (ИК, радио или другой), его уровня защищенности и тонкостей настройки. Если прибор подбирается под «умный дом», следует учитывать совместимость с нужной системой.