Как работает микроволновый датчик движения?

Датчики движения | Основные виды и их особенности, области применения

Датчик движения — это устройство для получения информации о состоянии контролируемой им системы, преобразующее данные об изменении характеристик исследуемой области в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

Если говорить бытовым языком, датчик движения определяет наличие перемещений в видимой ему зоне и в случае обнаружения, выполняет заложенную в нем функцию, чаще всего подает напряжение на один из своих контактов или же наоборот — размыкает выходные контакты.

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

— Не обнаруживает объекты облаченные/покрытые не пропускающими ИК — излучение материалами

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 :

Подробная пошаговая фото-инструкция — Подключение датчика движения

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

Как работает микроволновый датчик движения?

Современное время характеризуется стремительным развитием технологий. Жизнь человека благодаря этому становится все более комфортной и удобной. Теперь при спуске в темноте, например, по крутым ступенькам подвального помещения, совершенно не обязательно искать выключатель, проводя рукой по холодной и влажной стене, с намерением включить свет. Процесс можно значительно упростить, если предварительно установить на стене (или в светильнике) датчик движения – как только человек появляется в зоне действия такого приспособления, свет включается сам собой.

Датчик движения – это определенная часть категории приборов, которые относятся к датчикам обнаружения, которые по большей части используются в целях охраны помещения или какого-то серьезного объекта, в общественных зданиях датчики движения позволяют наиболее эффективно экономить электроэнергию.

В настоящее время существует достаточно большое разнообразие датчиков движения, которые подразделяются по принципу действия.

Ультразвуковой датчик

Данное приспособление является самым простым и потому экономичным в процессе эксплуатации. Суть действия состоит в том, что устройство излучает ультразвук (звук с частотой более 16 кГц, невоспринимаемый человеческим слухом), а затем воспринимает его отражение от проходящих мимо объектов. Как только получен сигнал, сенсор включается и осуществляется команда на включение света.

Недостатком такого датчика является то, что звук воспринимается животными, отчего некоторые из них могут вести себя беспокойно. Именно по этой причине многие предпочитают использовать устройство только для охраны транспортных средств.

Микроволновый датчик движения

Также известен как радарный датчик движения. Принцип действия датчика основан на эффекте Доплера (изменении частоты при перемещении). Когда человек или любое другое проводящее тело движется в поле датчика, в сигнале СВЧ-генератора появляется доплеровская составляющая, пропорциональная скорости движения. Этот сигнал усиливается и фильтруется, чтобы исключить регистрацию объектов, перемещающихся или слишком медленно, или слишком быстро. Выделяются только те скорости (от 1 до 5 км/ч), которые присущи движению человека. Проще говоря, датчик периодически посылает радиоимпульсы, а потом устройство улавливает их в отраженном виде. По принципу действия они немного похожи на ультразвуковые, но отличаются тем, что не реагируют на резкую смену температуры.

Преимуществом подобных устройств является то, что излучение свободно проникает через тонкие перегородки, а значит один датчик в состоянии действовать сразу на несколько комнат. Данное обстоятельство хорошо для охранной цели, если же это датчик для включения света, то для каждого помещения лучше устанавливать отдельный прибор. Но в этом случае очень важно стараться плотно закрывать двери, чтобы сузить область действия датчика, если это необходимо.

Инфракрасный датчик движения

Иными словами — пассивный датчик движения. Пассивным его называют в силу особого принципа работы. Суть действия заключается в том, что сам прибор ничего не излучает, но реагируют на тепловое излучение, которое присуще только человеку. Для того чтобы датчики не реагировали на движение животных, производятся соответствующие настройки.

Инфракрасные датчики движения пользуются большой популярностью, поскольку считаются максимально эффективными, надежными и простыми в процессе использования.

Некоторые д атчики движения можно успешно комбинировать со специальными таймерами или сенсорами, которые реагируют на изменение показателей интенсивности движений, на сумеречные выключатели. Служат они для того, чтобы устройство было максимально активно в темное время суток.

Как выбирать датчики движения

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: применение датчиков 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 датчики 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, т. е. 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 датчики – активные. Они 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.

Высокочастотные датчики: применение и особенности настройки

Среди разнообразия датчиков движения и присутствия стоит отметить высокочастотные датчики (HF). Их работа основана на эффекте Доплера, когда движение обнаруживается на изменении частоты отраженного сигнала. Такие датчики еще называют микроволновыми.

Благодаря высокочастотной технологии HF-датчики обладают преимуществами перед инфракрасными PIR-датчиками:

• высокочастотные волны проходят через различные материалы (стекло, пластик, гипсокартон);
• высокочастотному датчику неважно, какая температура у движущегося тела.

Высокочастотные датчики используются для автоматического управления освещением, системами охранной сигнализации и камерами видеонаблюдения.

Микроволновый датчик движения практически не зависит от температуры, ветра, звука, света, тумана и других внешних факторов. Благодаря этому его можно монтировать скрыто, например,
в навесной потолок, обшивку стен или световой прибор.

Рассмотрим последний вариант, а именно монтаж датчика движения в корпус светового прибора. Для данного решения вполне подойдет высокочастотный датчик движения HF-MD1.

Данная модель работает на частоте 5,8 ГГц, что позволяет уловить малейшие движения. Имеет диапазон обнаружения 360 градусов и регулируемую дальность действия – 0,4-16 метров.

В нем встроен датчик света, благодаря чему датчик не реагирует на движения в светлое время суток, и включает лампы только при недостаточной освещенности. Компактные размеры позволяют поместить устройство практически в любой светильник.

Высокочастотные датчики. Монтаж

Модель HF-MD1 предназначена для встраивания в светильник. При этом важно расположение светильника в помещении: на потолке диапазон обнаружения составит 360 градусов, а на стене только 180 градусов.

При установке модели HF-MD1 в лампах важно соблюдать дистанцию минимум 80 мм от электронных балластов и ЭПРА. При этом убедиться, что устройство не находится между двумя отдельно идущими проводами.

Также нужно позаботиться, чтобы датчик не был полностью закрыт от света, иначе светильник будет включаться и в светлое время суток.

HF-MD1 подключается к сети 220 вольт, имеет один канал, коммутирующий нагрузку до 1200 Ватт. Схема подключения изображена ниже.

Высокочастотные датчики. Настройка

Устройство имеет три параметра настройки.

Первый параметр – дальность действия. Устанавливается переключателем в нижней части устройства и потенциометром (первый сверху на лицевой части).

Переключатель имеет три положения: «High», «OFF», «Low». В режиме переключателя «High» потенциометром варьируется дальность действия от 8 до 16 метров, в режиме «Low» —
от 0 до 8 метров. В режиме «OFF» датчик выключен.

Для данного типа датчиков движения параметр дальности действия особенно важен, так как зона действия может выходить за стены помещения, и включение света может инициировать движущийся объект за пределами помещения.

Второй параметр – время действия. Светильники будут работать в течение всего времени, пока движение фиксируется высокочастотным датчиком. При отсутствии движения начинается отсчет времени на отключение светильника. Это время устанавливается средним потенциометром на лицевой части устройства в диапазоне от 5 секунд до 15 минут.

Третий параметр – уровень освещенности, который определяет порог срабатывания
в зависимости от степени освещенности. Устанавливается нижним потенциометром в пределах
2 – 2000 люкс.

Высокочастотные датчики. Применение

Высокочастотный датчик движения используют в тех случаях, когда использование инфракрасного датчика затруднено или нерентабельно. Например, общественный санузел с множеством перегородок требует установки большого количества PIR-датчиков.

Если же установить HF-датчики, то их потребуется минимальное количество, так как перегородки для микроволн не преграда. Аналогично эффективным они будут и в холодильных камерах.

Для использования в общественных санузлах, холодильных камерах и производственных помещениях с небольшой монтажной высотой подойдет модель HF-MD2, поскольку она предназначена для открытого монтажа. Если требуется большая степень защиты, датчик можно установить, например, в монтажную коробку IP65.

Световые приборы можно подключить параллельно через контакт датчика, с соблюдением максимальной мощности в 1200 Вт. С помощью данного устройства еще можно оптимизировать охранную систему видеонаблюдения.

Чтобы видеокамеры не работали круглосуточно, а включались только при наличии движущихся объектов, можно настроить управление видеокамерой через высокочастотный датчик движения.
В данном случае схема подключения будет зависеть от особенностей систем видеонаблюдения.

Безопасность

Мощность излучаемых волн частотой 5,8 ГГц равна 10 мВт, тогда как излучение мобильного телефона или микроволновой печи измеряется в 1000 мВт. Очевидно, что микроволновое излучение датчика абсолютно безвредно для людей и животных.

Датчики присутствия в умном доме

Статья обновлена в апреле 2020 года. Добавлено много мыслей, обновлены цены и модели.

В перечне пожеланий к системе Умный Дом для дома или квартиры периодически вижу работу освещения по присутствию в комнатах. Причём это должны быть не датчики движения, а датчики присутствия! Такие, которые реагируют не на движение в помещении, а на то, есть ли вообще в помещении человек. Вплоть до того, что требуется определять наличие спящего человека.

Внимание: датчиков присутствия не существует! Есть датчики движения, и есть всякие хитрые программные алгоритмы, умеющие предсказывать наличие человека в помещении.

Часто на сайтах производителей и магазинов есть разделение по категориям датчиков движения и датчиков присутствия. Возникает впечатление, что датчик присутствия умеет анализировать инфракрасный фон помещения и понимать, что в нём есть человек, который не двигается. На самом деле это просто датчик движения с большой задержкой отключения, плюс он более чувствительный.

Датчики движения используются в системах охранной сигнализации. Бывают инфракрасные, микроволновые и комбинированные. Инфракрасные датчики имеют чувствительный элемент, который при изменении инфракрасного фона помещения сильнее определённого уровня выдаёт сигнал сработки. То есть, если включился нагрев батареи или тёплого пола, или солнце в окно светит, то он не сработает, так как изменение инфракрасного фона недостаточно резкое. Так что мимо такого датчика можно пройти, не вызвав его сработку, если двигаться крайне медленно. У датчиков с иммунитетом от животных чувствительность меньше.

Вот типичный датчик движения для охранной сигнализации Colt 10 DL. Угол обнаружения 90 градусов, дальность 10 метров. Питание 12 вольт, коммутирует до 60 вольт, то есть, подходит для любого контроллера. Стоит порядка 600 рублей. Есть регулируемая защита от животных.

Многократно проверен в работе, работает отлично. Вот аналогичный по характеристикам датчик Фотон-10, более крупный, более дешёвый.

Микроволновый датчик излучает радиоволны и получает назад их отражение, по изменению отражённых волн понимает, что есть движения (в отличие от ИК датчика, не обязательно, чтобы двигалось тёплое тело). Микроволновый датчик лучше срабатывает на движение от него и к нему. Комбинированный датчик работает на обоих этих принципах, поэтому более чувствительный.

Датчики движения используются в системах охранной сигнализации. Бывают инфракрасные, микроволновые и комбинированные. Инфракрасные датчики имеют чувствительный элемент, который при изменении инфракрасного фона помещения сильнее определённого уровня выдаёт сигнал сработки. Микроволновый датчик излучает радиоволны и получает назад их отражение, по изменению отражённых волн понимает, что есть движения (в отличие от ИК датчика, не обязательно, чтобы двигалось тёплое тело). Микроволновый датчик лучше срабатывает на движение от него и к нему. Комбинированный датчик работает на обоих этих принципах, поэтому более чувствительный.

Если нужен датчик с углом обнаружения 360 градусов, что удобно для коридора или помещения с несколькими входами, то это, например, Фотон-21. Стоит порядка 850 рублей.

Это датчики охранной сигнализации. Недорогие, так что у них всего один чувствительный ИК элемент. Если мы хотим получить больше чувствительности, то смотрим в сторону зарубежных датчиков, например, Optex. Там будет больше чувствительных элементов, то есть, за каждую зону видимости датчика отвечает свой элемент, если в этой мелкой зоне движение, то датчик срабатывает. Больше элементов — больше чувствительность. И выше цена. Для лучшего обнаружения движущихся на датчик и от датчика объектов — дополнительный микроволновый сенсор.

Надо помнить, что датчик движения охранной сигнализации не обеспечивает задержку выключения света, её обеспечивает контроллер системы Умный Дом. Либо, если это датчик непосредственно для управления светом (а не для сигнализации), то есть, он питается от 230 вольт и коммутирует 230 вольт на светильник, то у него будет регулировка времени включения света, и в дополнение порог освещённости, ниже которого надо включать свет. Регулировочные винты будут прямо на корпусе датчика.

Если говорить о датчиках движения врезного исполнения (в гипрок), то это более дорогие модели, например, Termokon или подобные. Германия, как правило. Стоимость от 9 тысяч рублей и длительная поставка моделей на 12-24 вольта из Европы.

Этот датчик очень удобен тем, что у него питание 24 вольта, то есть, он подойдёт для любого ПЛК.

Либо китайские датчики движения для включения света с Алиэкспресс стоимостью от 300 до 500 рублей, но модели с питанием 24 вольта я не находил вообще, видел с питанием 12 вольт и выходом 12 вольт, это подойдёт для контроллера EasyHomePLC, но не подойдёт для большинства других.

Важно понимать, что встраиваемый датчик движения с углом обнаружения 360 градусов имеет зону чувствительности в форме конуса. То есть, не надо ждать, что датчики увидит всё помещение целиком, он увидит зону под ним и пятно, диаметр которого зависит от параметров датчика и высоты его установки, чем выше, тем больше пятно. Если важно видеть всё помещение от угла до угла, то нужно ставить датчики движения 90 градусов в противоположных углах.

А теперь про датчики присутствия

Итак. «Датчики присутствия» это просто датчики движения повышенной чувствительности с большим количеством сенсорных элементов и встроенным таймером задержки выключения, за счёт этого высокая стоимость и, в большинстве случаев, достижение эффекта детекции присутствия.

За счёт одного только датчика движения, пусть и очень чувствительного, не получится отловить человека без движения. Можно попробовать организовать детекцию мелких движений, поставив чувствительный датчик над местом нахождения человека, но это получится достаточно неоправданно, если только для вас не важна одна конкретная зона.

Есть такая штука как датчик пересечения линии, фотоэлемент, как те, что ставят в створ ворот, чтобы воротами или шлагбаумом не повредить автомобиль. Можно такой поставить, например, в туалете. И настроить работу такого датчика параллельно с работой датчика движения.

Для ванной можно использовать датчик влажности. Если в ванной высокая влажность, то в ней моются, либо в ванну набрана вода, в этом случае свет не выключаем.

Можно пойти дальше и использовать датчик углекислого газа. При повышении уровня СО2 мы считаем, что в помещении есть человек, и не выключаем свет. Надо только понимать, что это актуально для небольшого замкнутого помещения совсем без вентиляции.

Ещё вариант: пишем алгоритм обнаружения человека в помещении по очерёдности срабатывания датчиков движения и открывания дверей. Например, дверь в ванную открылась, там появилось движение — значит, человек внутри. Сработал датчик движения в коридоре — значит, человек вышел из ванной. Сработал датчик движения в комнате — значит, человек вышел из коридора. Актуально для случая, когда человек дома один.

В общем, желающим написать свой хитрый алгоритм обнаружения движения в зависимости от сработки датчиков разного типа и количества людей дома тут есть о чём подумать. Стоит взять любой программируемый контроллер, и будет неограниченный простор для написания и отладки кода.

В будущем эта задача будет реализовываться видеокамерами с машинным зрением, которое позволит отличить наличие человека от домашнего животного и от шевеления деревьев за окном. Уже сейчас, разумеется, технологии позволяют это сделать, но никто ещё, насколько я знаю, не реализовал из-за дороговизны решения. Равно как и не встречал в рабочих системах Bluetooth метки, которыми можно было бы обнаруживать человека с точностью до комнаты.

Что я рекомендую

Если у вас есть свои идеи по реализации алгоритма обнаружения движения и тому, что будет происходить по движению, то будем думать, как это реализовать. На то он и умный дом, чтобы можно было такие штуки придумывать. Лишь бы только потом не получилось так, что вообще нужный алгоритм настроить не удастся.

Моё мнение в том, что оптимальнее всего использовать датчики от систем охранной сигнализации, надёжные и недорогие, с большим выбором моделей. Если нужна встраиваемая модель, то смотрим либо на дорогие немецкие датчики либо на дешёвые китайские, зависит от того, насколько быстро должен включаться свет в помещении при движении, и какой сигнал должен выдавать датчик по напряжению. С датчиками присутствия экспериментировать не советую, если только это для вас не приоритетно.

Куда ставить датчики движения для управления светом:

1. В прихожую
2. В коридор
3. В кладовую
4. В маленький санузел

В маленький санузел потому, что там нет ванны. Для ванны характерно длительное лежание с минимумом движений. Либо сделать свет в ванной комнате по датчику движения, но продублировать выключатель у ванны, чтобы можно было лёжа включить какую-то подсветку вручную.

Я писал, как на контроллере EasyHomePLC реализовать включение и отключение работы света по датчику движения длинным нажатием на выключатель.

В программе EasyHome для контроллеров EasyHomePLC и Beckhoff начиная с версии прошивки 506 появилась опция выключения забытого света. Это значит, что мы можем поставить датчик движения в любом помещении, он не будет включать там свет, но если движения нет очень длительное время, то датчик этот свет выключит.

Задержку на выключение света лучше ставить минимум на 5 минут, для лестницы можно меньше.

91,762 просмотров всего, 44 просмотров сегодня

Пассивные ИК датчики движения: современное состояние, проблемы и перспективы развития

Как работает пассивный ИК-датчик движения
В 21-м веке все знакомы с ИК-датчиками – они открывают двери в аэропортах и магазинах когда вы подходите к двери. Они же обнаруживают движение и подают сигнал тревоги в охранной сигнализации. Как они работают: сенсор, чувствительный к инфракрасному излучению в диапазоне 5–15 мкм, обнаруживает тепловое излучение от человеческого тела. Если кто забыл физику, напомню: именно в этот диапазон попадает максимум излучения от тел при температуре 20–40 градусов Цельсия. Чем сильнее нагрет предмет, тем больше он излучает. Для сравнения: инфракрасные прожекторы подсветки видеокамер, лучевые (двухпозиционные) детекторы «пересечения луча» и пульты управления телевизором работают в диапазоне длин волн короче 1 мкм, видимая человеком область спектра находится в районе 0,45–0,65 мкм.
Пассивными датчики такого типа называются, потому что сами они ничего не излучают, только воспринимают тепловое излучение от человеческого тела. Проблема состоит в том, что любой предмет при температуре даже 0º С излучает довольно много в ИК-диапазоне. Хуже того, излучает сам детектор – его корпус и даже материал чувствительного элемента. Поэтому первые такие детекторы работали, если только сам детектор охладить, скажем, до жидкого азота (-196º С). Такие детекторы весьма не практичны в повседневной жизни. Современные массовые детекторы все работают по дифференциальному принципу – они не в состоянии достаточно точно измерить собственно величину потока ИК-излучения от движущегося человека (на фоне паразитных потоков от намного ближе расположенных предметов), но (тоже, на самом деле, на грани чувствительности) способны обнаружить ИЗМЕНЕНИЕ РАЗНОСТИ потоков ИК-излучения, падающих на две соседние площадки. То есть важно, что излучение от человека фокусируется только на одну из площадок, и притом оно изменяется. Наиболее надежно детектор срабатывает, если изображение человека попадет сначала на одну площадку, сигнал от нее станет больше, чем от второй, а затем человек передвинется, так что его изображение попадет теперь на вторую площадку и сигнал у второй вырастет, а у первой упадет. Такие достаточно быстрые изменения разности сигналов вполне можно обнаружить даже на фоне огромного и непостоянного сигнала, вызванного всеми другими окружающими предметами (и особенно солнечным светом).

Как обмануть ИК-детектор
Изначальный недостаток ИК-пассивного метода обнаружения движения: человек должен явно отличаться по температуре от окружающих предметов. При температуре в комнате 36,6º никакой детектор не отличит человека от стен и мебели. Хуже того: чем ближе температура в комнате к 36,6º, тем хуже чувствительность детектора. Большинство современных устройств частично компенсируют этот эффект, повышая усиление при температурах от 30º до 45º (да, детекторы успешно работают и при обратном перепаде – если в комнате +60º, детектор легко обнаружит человека, благодаря системе терморегуляции человеческий организм сохранит температуру около 37º). Так вот при температуре на улице около 36º (что часто встречается в южных странах) детекторы очень плохо открывают двери, либо, наоборот, из-за предельно поднятой чувствительности реагируют на малейшее дуновение ветра.
Более того, от ИК-детектора легко загородиться любым предметом комнатной температуры (листом картона) или надеть толстую шубу и шапку, чтобы не высовывались руки и лицо, и, если ходить достаточно медленно, ИК-детектор не заметит столь маленьких и медленных возмущений.
В интернете ходят и более экзотические рекомендации, типа мощной ИК-лампы, которая, если ее медленно включить (обычным диммером), загонит ИК-детектор в зашкал, после чего перед ним даже без шубы можно ходить. Тут, правда, следует отметить, что хорошие ИК-детекторы в таком случае выдадут сигнал неисправности.
Наконец, наиболее известная проблема ИК-детекторов – маскирование. Когда система снята с охраны, днем в рабочие часы, вы как посетитель приходите в нужное помещение (в магазин, например) и, поймав момент, пока никто не смотрит, загораживаете ИК-детектор бумажкой, заклеиваете непрозрачной самоклеющейся пленкой или заливаете краской из баллончика. Особенно это удобно человеку, который сам там работает. Кладовщик днем аккуратно загородил детектор, ночью влез в окно, все вынес, а потом убрал все и вызвал милицию – ужас, обокрали, а сигнализация не сработала.
Для защиты от такого маскирования существуют следующие технические приемы.
1. В совмещенных (ИК + микроволновый) датчиках есть возможность выдать сигнал неисправности, если микроволновый датчик обнаружил большой отраженный радиосигнал (кто-то подошел очень близко или протянул руку непосредственно к извещателю), а ИК-датчик при этом перестал выдавать сигналы. В большинстве случаев в реальной жизни это означает вовсе не злой умысел преступника, а халатность персонала – например, высокий штабель ящиков загородил извещатель. Впрочем, вне зависимости от злого умысла если извещатель загородили, это непорядок, и такой сигнал «неисправность» очень уместен.
2. В некоторых приборах приемно-контрольных есть алгоритм контроля, когда после снятия извещателя с охраны он обнаруживает движение. То есть отсутствие сигнала считается неисправностью, пока кто-то не пройдет перед датчиком и он не выдаст нормальный сигнал «есть движение». Эта функция не очень удобна, ведь нередко снимают с охраны все помещения, даже те, в которые сегодня никто входить не собирается, а получится, что вечером, чтобы поставить помещения снова на охрану, придется зайти во все комнаты, где никого днем не было, и помахать руками перед датчиками – ППК убедится, что датчики работоспособны, и милостиво разрешит поставить систему на охрану.
3. Наконец, есть функция под названием «ближняя зона», которая однажды была включена в требования отечественного ГОСТа и которую нередко ошибочно называют «антимаскинг». Суть идеи: у извещателя должен быть дополнительный датчик, глядящий прямо вниз, под извещатель, или отдельное зеркало, или специальная хитрая линза, в общем, чтобы не было мертвой зоны внизу. (Большинство извещателей имеют ограниченный угол обзора и в основном смотрят вперед и градусов 60 вниз, так что непосредственно под извещателем есть небольшая мертвая зона, на уровне пола примерно метр от стены.) Считается, что хитрый враг как-то сможет попасть в эту мертвую зону и оттуда загородить (замаскировать) линзу ИК-датчика, а потом уже нагло ходить по всей комнате. В реальности извещатель обычно устанавливают так, что в эту мертвую зону нет никакой возможности попасть, минуя области чувствительности датчика. Ну разве что сквозь стену, но против преступников, проникающих сквозь стену, не помогут дополнительные линзы.

Радиопомехи и прочие помехи
Как я уже говорил, ИК-датчик работает близко к пределу чувствительности, особенно при температуре в помещении, приближающейся к 35º С. Конечно, при этом он весьма подвержен влиянию помех. Большинство ИК-извещателей могут выдать ложную тревогу, если рядом с ними положить сотовый телефон и позвонить на него. На этапе установления связи телефон выдает мощные периодические сигналы с периодом, близким к 1 Гц (именно в этом диапазоне лежат типичные сигналы от человека, идущего перед ИК-датчиком). Несколько ватт радиоизлучения вполне сопоставимы с микроваттами теплового излучения человека.
Помимо радиоизлучения могут быть и оптические помехи, хотя линза ИК-датчика, как правило, непрозрачна в видимом диапазоне, но мощные лампы или 100 Вт автомобильные фары в соседнем спектральном диапазоне опять же вполне могут дать сигнал, сравнимый с микроваттами от человека в нужном диапазоне. Основная надежда при этом на то, что посторонние оптические помехи, как правило, плохо фокусируются и потому одинаково воздействуют на оба чувствительных элемента ИК-датчика, таким образом, извещатель может обнаружить помеху и не выдать ложный сигнал тревоги.

Пути совершенствования ИК-датчиков
Уже лет десять почти все охранные ИК-извещатели содержат достаточно мощный микропроцессор и потому стали менее подвержены воздействию случайных помех. Извещатели могут анализировать повторяемость и характерные параметры сигнала, долговременную стабильность фонового уровня сигнала, что позволило существенно повысить устойчивость к помехам.
ИК-датчики, в принципе, беззащитны против преступников за непрозрачными экранами, зато подвержены влиянию тепловых потоков от климатического оборудования и посторонней засветке (через окно). Микроволновые (радио) датчики движения, наоборот, способны выдавать ложные сигналы, обнаруживая движение за радиопрозрачными стенами, вне защищаемого помещения. Они также более подвержены влиянию радиопомех. Совмещенные ИК + микроволновые извещатели могут использоваться как по схеме «И», что значительно снижает вероятность ложных тревог, так и по схеме «ИЛИ» для особо ответственных помещений, что практически исключает возможность их преодоления.
ИК-датчики не могут отличить маленького человека от большой собаки. Существует ряд датчиков, в которых значительно снижена чувствительность к движениям небольших объектов за счет применения 4-площадочных сенсоров и специальных линз. Сигнал от высокого человека и от низкой собаки в таком случае можно с некоторой вероятностью различить. Надо хорошо понимать, что стопроцентно отличить пригнувшегося подростка от вставшего на задние лапы ротвейлера, в принципе, невозможно. Но тем не менее вероятность ложной тревоги может быть существенно снижена.
Несколько лет назад появились еще более сложные сенсоры – с 64 чувствительными площадками. Фактически это простой тепловизор с матрицей 8 х 8 элементов. Оснащенные мощным процессором, такие ик датчики (обозвать их «извещатель» совсем язык не поворачивается) способны определять размер и расстояние до движущейся теплой цели, скорость и направление ее движения – еще лет 10 назад такие сенсоры считались верхом технологии для самонаводящихся ракет, а теперь применяются для защиты от банальных воров. Видимо, скоро ИК-датчиком мы привыкнем называть небольших роботов, которые разбудят вас ночью словами: «Извините, сэр, но воры, сэр, они хотят чаю. Должен ли я подать им чаю сейчас или попросить подождать, пока вы умоетесь и возьмете ваш револьвер?»

Детектор движения Arduino с микроволновым датчиком приближения

В этом уроке мы будем использовать датчик обнаружения движения RCWL-0516 с Arduino и создадим на его основе датчик приближения.

RCWL-0516 — это датчик обнаружения движения. Он может обнаружить движение с помощью доплеровской микроволновой технологии через стены или другие материалы. Интересно, что он реагирует не только на людей, но и на любые другие движущиеся объекты.

Что такое доплеровский радар?

Основываясь на эффекте Доплера, радар Допплера работает, отражая микроволновый сигнал от желаемой цели и анализируя, как движение объекта изменило частоту возвращаемого сигнала. Изменение принятого сигнала также может помочь измерить скорость цели относительно радара.

Доплеровский радар эффективно используется в различных областях, включая авиацию, метеорологию, радары, здравоохранение и военную технику. Датчик, который мы используем в этом проекте — RCWL-0615 — содержит как передатчик, так и приемник, что позволяет использовать его как доплеровский радар.

Микроволновый датчик приближения RCWL-0615

Модуль датчика RCWL-0615 является альтернативой обычным датчикам движения PIR, которые широко используются в охранной сигнализации. В ИК-датчиках используется механизм анализа черного тела, что означает, что он проверяет тепло, выделяемое человеческими телами. RCWL-0516 использует доплеровскую радиолокационную технологию для обнаружения движущихся объектов. Он работает на частоте около 3,2 ГГц и использует чип обработки RCWL-9196.

RCWL-0516 излучает микроволны и анализирует отраженные волны, чтобы проверить наличие каких-либо изменений. Эти датчики могут обнаруживать движущиеся объекты через стены и другие материалы и имеют диапазон чувствительности до 7 метров. Обычно они дешевле и менее подвержены ошибкам. При обнаружении движения выходной контакт (OUT) уровня TTL датчика переключается с НИЗКОГО (0 В) на ВЫСОКОЕ (3,3 В) в течение конечного времени (от 2 до 3 с), а затем возвращается в свое состояние покоя (НИЗКОЕ).

Основные характеристики RCWL-0615

• Мощность передачи: 20 мВт (минимум) / 30 мВт (максимум)
• Входное напряжение: 4–28 В постоянного тока
• Расстояние обнаружения: 5–7 м
• Частота датчика:

Распиновка RCWL-0615

• VIN — 4В — 28В DC источник питания
• CDS — вход отключения датчика (низкий = отключить) (для датчиков LDR)
• GND — Земля
• 3volt — выход постоянного тока (максимум 100 мА)
• OUTPUT — HIGH /LOW(3.3 V) ВЫХОД — ВЫСОКИЙ / НИЗКИЙ (3.3 В) (в соответствии с обнаружением движения)

Теперь, когда мы знакомы с датчиком, который мы используем, и с тем, как работает технология, давайте погрузимся в сам проект.

Комплектующие

Для создания устройства обнаружения движения на основе RCWL-0516 и Arduino нам понадобятся:

• Arduino Nano
• Макет
• Перемычки
• RCWL-0516 датчик
• Дисплей LCD 16 X2 I2C
• Зуммер
• Светодиод
• Резистор 220 Ом

Схема соединений

Подключите Arduino к RCWL-0516, символьному ЖК-дисплею, зуммеру и светодиоду, как показано на схеме ниже.

Таблица соединений 1:

Таблица соединений 2:

Таблица соединений 3:

Вывод 3V3 на RCWL-0516 является выходным выводом. Вывод CDS позволяет вам добавить LDR (светозависимый резистор) к плате, что позволяет работать в режиме низкого энергопотребления, чтобы датчик активировался только в темноте. После подключения перепроверьте соединения, а затем загрузите исходный код (ниже).

Код датчика

Скопировать или скачать код датчика движения Ардуино вы можете ниже:

Получилось примерно так:

На этом всё. Хороших вам работающих проектов.

СВЧ — датчик движения для охранной сигнализации

Исаев Александр
Адрес Email —
isaev51 (at) bk.ru (замените (at) на @)

При разработке датчика ставилась задача создания альтернативы импортным датчикам движения. Ставилась задача создать датчик буквально из «мусора», простой, надежный и дешевый, технологичный в изготовлении и почти не уступающий импортным по габарито- массовым характеристикам. Датчик реализован полностью на старой советской элементной базе, имеющейся у радиолюбителей в большом количестве. Корпусом датчика является обыкновенная мыльница c размерами полости внутренней части 54х95 мм. Если датчик установлен на диэлектрическом основании, то диаграмма направленности есть сфера с надежной чувствительностью 2-3 метра. Если датчик установлен на алюминиевом основании с размерами в полтора раза большими платы датчика, то диаграмма направленности есть конус 120 градусов, а надежная чувствительность возрастает вдвое. Датчик не чувствителен к большим перепадам температуры, а импульсы выходного реле совместимы с приемно- контрольными приборами охраны, рассчитанными на импульсные магнито- контактные датчики. Датчик опубликован в журнале Радио №12/2002г. стр. 41.

На транзисторе VT1 собран автодин — автогенератор частотой 2.4 ГГц с мягким самовозбуждением. Он же является гетеродином и смесителем для отраженного сигнала. При появлении в зоне охраны движущегося человека частота принятого сигнала изменяется на величину допплеровского смещения, которое составляет единицы герц. Этот сигнал через ФНЧ L3,C1 и конденсатор C2 поступает на вход каскада на A1, который одновременно является и усилителем и инфранизкочастотным фильтром. Далее сигнал усиливается усилителем переменного тока, что обеспечивает высокую термостабильность. Подстроечный резистор R11 — регулятор чувсвительности. Роль компаратора выполняют стабилитрон VD3 и реле К1. Так как компарация происходит на большом сигнале, то вопрос о стабильности порога компарации отпадает сам собой. Недостатком схемы является чувствительность к понижению напряжения питания- оно не должно быть ниже 11 вольт. Если охранная система питается от аккумулятора 12 вольт, то для того, чтобы при просадке напряжения аккумулятора датчик продолжал нормально работать, в состав системы можно включить Повышающий стабилизатор питания.

Изображенная в верхней части платы щелевая антенна является не деталью, а частью рисунка печати. При изготовлении платы щелевая антенна должна быть отполирована до зеркального блеска и покрыта слоем ацетонового или спиртового раствора канифоли для предотвращения ее окисления в процессе эксплуатации. Катушки L1,L2 намотаны проводом ПЭЛ-0.23 на оправке диаметром 0.8 мм. и имеют по 12 витков, растянутых на длину 10 мм. Через отверстие в середине платы винтом М3 со стороны деталей крепится втулка со сквозной резьбой М3. В крышке, мыльницы напротив стойки сверлится отверстие диаметром 3 мм. Через это отверстие крышка мыльницы винтом М3 притягивается к торцу стойки и тем самым крепится. По углам мыльницы, против угловых отверстий вложенной в мыльницу платы, сверлятся отверстия на 3 мм. для крепления платы винтами М3. И сама стойка и крепежные винты могут быть из любого материала. Отверстие в крышке мыльницы напротив светодиода VD5 можно не делать, так как его вспышки просвечивают через крышку, а в процессе регулировки чувствительности крышка все равно снимается.

Внешний вид закрытого датчика:

Внешний вид открытого датчика:

Для изготовления платы вручную можно воспользоваться материалами журнала Радио. Для изготовления платы фотоспособом или способом термопереноса с помощью лазерного принтера и утюга потребуются файлы высококачественных изображений слоев печатной платы:

Plot — файл PCAD 8.5 схемы + программа печати Plot — в Windows: sensor1.zip 268 kb

Схема работы и применение СВЧ датчиков движения

Довольно часто владельцы приусадебных участков сталкиваются с необходимостью обеспечить зоны безопасности, как по внешнему периметру (на подходе) к дому, так и внутри него.

Достойным решением, для всегда ограниченного в средствах дачника, является приобретение СВЧ-датчика движения охранной сигнализации. Радарные, по схеме работы, микроволновые (МКВ) датчики используют для обнаружения эффект Доплера. Т.е. при проникновении нежелательного мобильного объекта в зону детекции, меняется частота электромагнитных волн посылаемых и принимаемых доплеровским детектором движения. Наложение высокочастотных волн в МКВ сенсорах датчиков движения друг на друга приводит в действие системы освещения и охраны в домах, автомобилях.

Преимущества ДДМ – датчиков движения микроволновых

Извещатели микроволнового (радарного) типа обладают рядом серьёзных преимуществ перед своими инфракрасными, магнитоконтактными и звуковыми собратьями. Работа радарных детекторов не подвержена внешним погодным воздействиям – сильный ветер, перепады температуры, осадки, прямой солнечный свет. СВЧ детекторы не воспринимают помехи от электромагнитных полей, штор, зеркал, окон, стен, дверей, источников света, бытовой техники.

Фото: СВЧ датчик движения комбинированный (инфракрасный)

Установленные внутри помещений высокочастотные охранные извещатели «видят» сквозь внутренние и наружные стены, что расширяет возможности частных и корпоративных систем защиты. Один СВЧ датчик движения может «обслуживать» до 4-х, связанных стенами, комнат и 3 этажа многоэтажного дома. МКВ детектор способен работать и в режиме уличного датчика охраны внешнего периметра. Это существенно экономит расходы на обустройство комплексных систем ОПС, сокращая количество устанавливаемых в шлейф охранной сигнализации датчиков и объём монтажных работ.

Почему нужны комбинированные устройства микроволновой охраны?

К сожалению, принцип работы микроволновых датчиков не позволяет им функционировать в режиме пассивной детекции. Как и ультразвуковые (многолучевые, лазерные и др.). СВЧ извещатели являются активными, что не позволяет их эксплуатацию в автономном режиме на период длительного времени.

Производители охранного оборудования всё чаще выпускают комбинированные извещатели – СВЧ+ИК. Совмещённые инфракрасные и микроволновые датчики работают автономно, дублируя друг друга по 2-м раздельным каналам. Это исключает ложные срабатывания и возможность температурного маскирования движущегося объекта, присущих ИК-датчикам (оптико-электронным объёмным извещателям).

Комбинированные СВЧ+ИК датчики движения отлично выполняют функции уличной охраны периметра — «видят сквозь стены». Кроме этого приборы имеют широкий диапазон настройки на различные движущиеся объекты. Этим обусловлено их широкое распространение на современном рынке систем охраны помещений, домов, дач, квартир, офисов. Важное применение комбинированные МКВ-детекторы получили в «Умных» системах освещения (включение уличных светильников) и охране автомобилей (гаражах). С их помощью включается видеонаблюдение и трансляция сигнала на мониторы и другую компьютерную технику, с последующей печатью на современном полиграфическом оборудовании.

Варианты и схемы подключения микроволновых датчиков

Возможны проводные и беспроводные варианты подключения. В беспроводных (радиоканальных, радиоволновых) схемам датчик синхронизируется с РПУ, реле которого выводит информацию на приёмник радиосигнализации или на контроллер GSM сигнализации, марки Кситал, Страж, Falcon Eye, Visonic или других популярных, среди дачников, моделей. Проводное подключение производится напрямую к модулю GSM, без промежуточных реле. Производители беспроводных датчиков движения существенно расширяют их функционал, с помощью современных цифровых микропроцессоров.

Высокие технологии расширяют варианты настройки (защита от животных, аэрозольной маскировки), обеспечивают многоканальный контроль оповещения и регулировку зоны детекции от 1.5 до 20 м (для бытовых детекторов) и т.п. Эффект эхолокации (волнового отражения) повышает уровень надёжности радиоволновых охранных извещателей, СВЧ типа, и не позволяет злоумышленнику беспрепятственно преодолеть комбинированную систему защиты, установленную на Вашем объекте.

ГРИОН – это надёжные аксессуары для систем безопасности

Консультанты нашего магазина онлайн торговли предоставят широкий выбор оборудования для gsm-сигнализаций и систем видеонаблюдения. В услуги ООО «Грион» входит комплектация всех устройств технической документацией:

• схемы подключения;
• инструкции пользователя;
• гарантийные обязательства;
• сертификаты.

Безопасность в ГРИОН — это не просто охрана, а комплекс интеллектуального управления системами видеонаблюдения, освещения, отопления в Вашем доме!

Монтажный отдел в Москве и наши установщики в регионах России и ближнего зарубежья разместят любые типы охранно-пожарных извещателей для создания эффективной системы безопасности в банках, коттеджах, квартирах, офисах, гаражах, на дачах. Грион – это доставка охранного оборудования и аксессуаров (датчиков удара, температуры работы котлов отопления, ОПС, охраны периметра, пожара и т.п.) наложенным платежом, курьером, по безналичному расчёту до двери заказчика. Корпоративным заказчикам – торговым точкам, ЧОП, ТСЖ, монтажникам предлагаются отличные условия (проект, установка, обслуживание), исходя из бюджета организации.