Инфракрасный датчик движения

Лучшие модели

Самыми популярными вариантами датчиков движения признаны:

Модель Flash не срабатывает на появление животных, если вес их меньше 25 кг.

Приборы Crow LC102, SWAN 1000 являются комбинированными, они очень точные.

Страж П-314 (цена -2 913,03 руб.)

Их применяют в сфере охраны. Он не дает реакцию на телодвижения животных. Работа распространяется на определение ИК излучения людей. При обнаружении ИК излучения, датчик выясняет вес объекта и сигнализирует на пульт, когда он больше 20 кг.

Преимущества:

• простота в процессе установки;
• имеет модный дизайн;
• его можно устанавливать на улице;

PIR-3SP (цена – 2890 руб.)

Среди беспроводных ДД, большим спросом пользуется PIR-3SP. Он, так же не реагирует на движения животных, применяется в сфере охраны объектов.

Обработка поступающего сигнала происходит микропроцессором, который производит дополнительную проверку информации.

Преимуществами прибора являются:

• подача сигналов тестирования на центральный блок;
• при разряде батареи подается сигнал;
• применение протокола шифрования данных с кодом;

Инфракрасные извещатели типа QUAD

Также стоит упомянуть про инфракрасные детекторы типа QUAD. Задача любого беспроводного датчика движения, заключается в обнаружении только движения злоумышленника, без реакции на побочные явления. На практике оказывается, что это совсем не так просто, потому что и человек, и животное, и сквозняк в помещении, и заходящее солнце — вызывают очень похожие пироэлектрические явления

Поэтому важной задачей стало сделать устройство, которое способно отличить события тревожного характера от ложных срабатываний, вызванных одним из вышеупомянутых факторов

Одним из способов снижения чувствительности детекторов к ложным срабатываниям оказалось создание сенсора, в котором использовались два пироэлектрических детектора, расположенных горизонтально бок о бок. Сконструированный таким образом датчик имеет в два раза больше зон обнаружения, чем датчик с одним пироэлектрическим устройством. Устранение ложных срабатываний заключается в логическом суммировании сигнала от обоих детекторов. Они подключаются таким образом, что изменение их поляризации в результате обнаружения излучения всегда противоположно по отношению к другому.

Конечно, это решение не идеально. Благодаря развитию технологий, все чаще используется другое решение. Если в одном Wi-Fi датчике движения можно было использовать два пироэлектрических устройства, то почему бы не использовать больше. В результате этого мышления, была разработана инновационная технология QUAD, которая позволила использовать до четырех пироэлектрических детекторов.

Схемы подключения датчика

Микроволновые устройства подключаются по проводной или беспроводной схеме. Первый вариант актуален, если монтаж выполняется на этапе проведения ремонтных работ, когда есть возможность выполнения скрытой прокладки кабелей без нарушения внутренней отделки.

Беспроводные устройства привлекают простым и быстрым монтажом. Они энергонезависимы, работают от аккумулятора, из-за отсутствия необходимости в подключении к электросети появляется больше вариантов размещения оборудования. Важным аргументом в пользу такого выбора может стать тот факт, что датчик может быть установлен в рамках реализации проекта по наращиванию действующей системы безопасности.

Разновидности и приемущества датчиков

Беспроводные датчики для уличного освещения — популярный, достаточно удобный, практичный и, конечно, же всепогодный продукт, помогающий решить различные задачи. Прибор работает и функционирует за счет инфракрасного излучения (ИК), то есть, на пойманную матрицу попадает сигнал, запрограммированный заранее.

Довольно часто беспроводные датчики работают вместе с электрическими приборами, а также, могут использоваться для видеонаблюдения или сигнализации. Исходя из этих данных понятно, что беспроводные уличные датчики используются для обычного включения светодиодного прожектора и для обеспечения безопасности собственности.

Регистрирует движение, замыкает свою цепь, производит автоматическое, быстрое включение прожектора. Основной принцип работы — постоянный контроль в зоне действия и наблюдения. При появлении человека меняется тепловое поле, оно немного выше, чем температура окружающей среды, воздуха.

Наибольшее распространение имеют такие виды:

• ИК — инфракрасные;
• УЗ — ультразвуковые;
• СВЧ — микроволновые;
• Комбинированные.

Инфракрасные (ИК) Эта серия разработана специально для использования на улице. Принцип действия ИК—выяснение разницы температур окружающей среды и объектом детекции. Особенностью ИК является то, что они игнорируют свет фар и солнечного света.

Плюсы ИК:

1. Безопасен для здоровья человека и домашних питомцев, при работе ничего не излучает.
2. Возможность точной регулировки дальности и области обнаружения объектов.

Ультразвуковые: Самый простой и обычный вид. Принцип работы основан на излучении ультразвука. Объекты в поле действия уличного датчика, изменяют частоту ультразвука. Это и есть сигнал к включению прожектора. Наиболее часто пориборы этого типа применяются в охранных системах авто.

Плюсы УК:

1. Невысокая стоимость.
2. Высокая работоспособность.

Микроволновые и инфрокрасные приборы

Микроволновые: Настоящие радары. От них исходит радиоимпульс и после столкновения «ловят» его обратно. По принципу схожи с ультразвуковыми видами. Оба вида абсолютно не реагируют на перепады температуры.

Плюсы СВЧ:

1. Компактные размеры.
2. Фиксация маленьких объектов.
3. Работоспособность.

Комбинированные: Совмещают в себе несколько специальных технологий обнаружения объектов. Наиболее удачное решение. Несколько работающих каналов делает уличные прожекторы максимально продуктивными.

Принцип работы оптического датчика

Оптический датчик положения активируется при определенных условиях, заданных производителем. Поэтому «активация» — ключевое слово, используемое для определения принципы работы устройства. Активация срабатывает, когда падающий на датчик свет, имеет достаточную интенсивность.

Принцип работы оптического датчика: когда луч проходит через датчик беспрепятственно, он будет активирован. Но, при его прерывании каким-то барьером, устройство перестает работать и передаст сигнал на центральный компьютер, с которого оператор узнает о необходимой ему информации.

Изучая принцип работы оптического датчика, нельзя полагать, что активность — это замкнутые контакты, и напряжение на выходе присутствует. В различных устройствах могут отличаться принципы работы выходного элемента и схемы обнаружения световых потоков. Все зависит от конкретного типа устройства и его применения.

Особенности устранения помех

Любой оптический датчик положения представляет собой бесконтактный прибор, которому не нужен для работы механический контакт с определенным объектом. Но, активное состояние может сбиться из-за различных помех.

Чтобы избежать этой неисправности, производители используют световые потоки необычного спектра, к примеру, лазерный луч. Такой источник довольно прост в изготовлении – излучение фокусируется в тонкий луч обычно красного цвета. Преимущество использования технологии — излучение передаётся в видимой части диапазона. А потому не составит труда настроить прибор для конкретной зоны действия.

Это современное оборудование, но прежде можно было найти датчики иного вида, которые в качестве определителя использовали лампочку накаливания на 6 В и небольшую линзу. Прибор активно использовали в восьмидесятых годах. Современные датчики намного эффективнее и могут работать только в своём участке спектра, а потому можно избежать плохой видимости и помех.

Несмотря на использование более продвинутых технологий, оптический датчик всегда нужно держать в чистом состоянии, поскольку грязь и пыль могут вызвать преждевременное срабатывание.

Режимы датчика

Большинство современных датчиков оснащают двумя режимами:

• Light On.
• Dark On.

Это означает, что при включении режима устройство будет срабатывать при определённых условиях – включаться в тёмное время суток или, наоборот, при попадании солнца. К примеру, если установить режим Dark On, то датчик будет деактивирован, когда на него падают лучи солнечного света. В режиме Light On, датчик начнет включаться при засвечивании.

В магазинах Москвы и области также можно найти оборудование со встроенным таймером, где выходной сигнал будет появляться в определенное время, после активации.

Оптические элементы

Чувствительность детектора зависит от процента перекрытия площади луча. Соответственно на расстоянии 15-20 м для выявления объекта размером с человека необходим луч шириной не более 100.

Но при приближении к устройству уровень чувствительности будет возрастать, и с расстояния 5 м тревогу может поднять обычная мышь.

Для распределения равномерности чувствительных зон оптические элементы формируют несколько секторов излучения с различной шириной и направлением под разными углами. Само устройство, как правило, крепиться немного выше человеческого роста.

Следовательно, весь объем зоны обнаружения, разбит на несколько секторов, с различной степенью чувствительности лучей, подобранных таким образом, чтобы общая чувствительность устройства не изменялась от удаления или приближения к нему.

Проблема равномерности чувствительности пассивных ИК-датчиков движения, решается с помощью оптических рассеивателей.

	Линза Френеля — это полимерная пластинка или полусфера, на поверхности которой отштампованы целиком или сегментарно призматические линзы. Этот элемент применяется в большинстве моделей, так как имеет ряд преимуществ, среди которых: дешевизна, простота и надежность конструкции устройства, возможность быстрой замены поврежденного элемента.
	Зеркальная оптика – применяет достаточно сложную систему зеркал со специальным покрытием (черное зеркало), сегменты расположены под различными углами для покрытия разного фокусного расстояния.

Такая система может быть настроена более точно, что дает возможность увеличения ее чувствительности на дальних дистанциях до 60%. Кроме того, сегментная структура позволяет легче настроить защиту ближней «саботажной» зоны.

Использование триплексной технологии в зеркалах позволяет использовать инфракрасные датчики движения в помещениях, где есть домашние питомцы.

Современные высокоэффективные модели используют комбинацию обеих систем, где линза Френеля контролирует среднюю зону, а устройства зеркальной оптики дальние подходы и саботажную зону.

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

Установка диафрагмы

Для обеспечения высокой эффективности обнаружения датчика движения Wi-Fi, необходимо эффективно устранить все изменения температурного распределения, вызванные природными факторами. Как правило, устранение этих факторов состоит в разделении сферы поля зрения детектора на несколько фрагментов. Это означает, что детектор будет реагировать на изменения распределения температуры только в очень маленьких срезах наблюдаемого пространства.

Разделение сфер поля зрения охранной сигнализации чаще всего осуществляется путем установки на оптической оси специальной диафрагмы с прорезями, выделяющими меньшее поля зрения. Благодаря такому решению, движущийся нарушитель будет появляться последовательно в наблюдаемых зонах, что приведет к обнаружению большего количества инфракрасного излучения и возврата датчика в исходное состояние в момент, когда злоумышленник окажется за диафрагмой. Детектор будет работать так же, как источник напряжения переменного сигнала, в котором соответствующая электронная схема будет последовательно подсчитывать сигнал. При превышении определенного порога подсчета, детектор включит сигнал тревоги.

Приступим к азам

Детектор движения представляет собой тепловой (инфракрасный) датчик. Он способен обнаружить в исследуемой зоне перемещение любых живых объектов и использовать полученные данные для включения или выключения света. Устройство и схема прибора практически ничем не отличается от других аналогичных аппаратов (микроволновых, комбинированных и ультразвуковых датчиков).

Строение ИК-датчика

В ИК-датчике сенсор представлен в виде пироэлектрического элемента, который основан на принципе повышения на его выходе напряжения в ситуации возрастания величины инфракрасного излучения по сравнении с фоновым.
Чтобы данное устройство могло использоваться для включения света, в него вмонтировано специальное реле. В результате получается, что инфракрасный датчик движения, применяемый для влечения света, представляет собой специальное электронное устройство, которое способно реагировать в зоне его действия на даже незначительные изменения интенсивности теплового фонового излучения.

Принцип работы инфракрасного извещателя базируется на обнаружении в установленной зоне изменений в тепловом излучении объектов, находящихся в этой области.

Принцип работы ИК-датчика

Прибор, благодаря наличию в его устройстве специальных линз, а также сегментированных вогнутых зеркал, пропускает через них испускаемое инфракрасное излучение. Это излучение попадает внутрь приемника и регистрируется сенсором. При приеме неизменного сигнала датчик продолжает работать в пассивном режиме.
Этот принцип воплощается в следующем алгоритме функционирования ИК-устройства:

при перемещении объекта в зоне, которая контролируется прибором, происходит поочередное фокусирование инфракрасного излучения на системе линз сенсора. В различных моделях количество линз может варьироваться в пределах от 20 до 60 штук;

• фокусирование излучения на линзах служит сигналом для перехода датчика в активное состояние;
• при улавливании сигнала происходит срабатывание датчика. Здесь в работу вступает электронная схема устройства. В результате того, что схема была активирована и происходит передача сигнала на осветительный прибор, что сопровождается активацией света.

Инфракрасные излучатели могут подключаться и к другим электроприборам.

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

• На основании Вывода
• На основании операции

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила  эра троники цифровой элек, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида.

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы активировать, а также отпустить датчик.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Дальность и зона действия датчика движения

http-equiv=»Content-Type» content=»text/html;charset=UTF-8″> href=»/wp-content/uploads/2015/02/Dalnost-i-zona-dejstviya-datchika-dvizheniya.jpg»>
Дальность обнаружения движения активных детекторов напрямую зависит от чувствительности сенсоров и мощности генератора сигнала. На последние вводятся ограничения, чтобы не причинить вред здоровью людей находящихся в зоне сканирования.

Совершено другим способом достигается увеличение дальности датчика движения улавливающего ИК-излучение.

Повышение чувствительности инфракрасного сенсора достигается путем концентрации поступающего излучения внешней линзовой системой устройства. Эта система выполняет две функции.

Фокусирует излучение на пироэлектрическом элементе и формирует пространственную структуру зон чувствительности детектора.

Эта структура имеет «лепестковую» форму с большим количеством сканируемых секторов. Обнаружение объекта происходит в момент пересечения границы сектора.

Существуют определенные стандарты диаграмм чувствительности (направленности) зон сканирования:

• стандарт – веерный по горизонтали и многоярусный по вертикали;
• узконаправленный – имеет узкую зону слежения в один два луча по горизонтали и один два яруса по вертикали;
• «штора» — узкая по вертикали и многоярусная по горизонтали, формирует полог параллельный земле.

Если крепление детектора выполнено на потолке помещения, то зона сканирования будет иметь форму конуса круглого в сечении. Такое размещение оптимально для сенсоров объемного сканирования использующихся для полного контроля помещения.

Использование сферической линзы Френеля предпочтительней, по сравнению с цилиндрической, так как минимизирует абберационные процессы при концентрации излучения.

Зеркальная система сегментных линз более эффективна. Она изготавливается методом штамповки из твердого пластика с последующим покрытием высокоотражающим материалом. У таких систем более высокая чувствительность и дальность обнаружения, при сопоставимой площади входного окна.

Виды датчиков движения

На сегодня, наибольшим спросом пользуются виды ДД:

• ультразвуковые (УЗ);
• инфракрасные (ИК);
• микроволновые (СВЧ);
• комбинированные;

Каждый вид имеет достоинства и недостатки, применяется в разных условиях.

Рассмотрим по отдельности обозначенные типы ДД:

Ультразвуковой

Осуществляет слежку за объектами ультразвуком. При передвижении людей, датчик срабатывает. Их часто устанавливают в патронниках автомашин, в системах осуществления контроля за слепыми зонами. В жилых комплексах отменно показали себя на лестничных площадках.

Недостатки УЗ ДД:

1. У животных вызывает дискомфорт, поскольку они чувствуют ультразвуковые частоты.
2. Дальность действия не далека.
3. Начинает работать только при резких движениях, их можно обмануть плавными действиями.

Плюсы УЗ ДД:

1. Невысокая ценовая категория.
2. Не подвержены воздействиям природной среды.
3. Фиксируют движения при любых материалах объекта.
4. Не теряют рабочие функции при возникновении влажности, пыли.
5. Не реагируют на перепады температурного режима окружающей среды.

Инфракрасный ДД

Обнаруживает изменения теплового излучающего действия окружающих объектов. При передвижении людей, излучение по очереди фокусируется линзами прибора на сенсоре, что служит посылом для выполнения установленной в датчике функции. При повышении количества установленных линз, увеличивается чувствительность аппарата. Зона охвата у ДД зависит от площади поверхности линз.

Недостатки ИК ДД:

1. Они могут ложно срабатывать на теплый ветер.
2. При работе в уличных условиях, снижается достоверность из-за попадания дождя, солнечных лучей.
3. Не видит людей, искусственным образом не излучающих ИК излучения (накрытых специальными материалами).

Плюсы ИК ДД:

1. Точность регулирования расстояния нахождения объектов при их движении.
2. Удобство применения вне зданий, поскольку реагирует только на объекты с собственной температурой.
3. Полная безвредность для людей, животных, поскольку вредных компонентов не выделяет.

Микроволновый ДД

Выпускает магнитные волны высокой частоты, которые, отражаясь, замечаются сенсором. При их изменении, прибором приводится в действие, обозначенная у него функция.

Минусы СВЧ ДД:

1. Наиболее высокая цена на него.
2. Возможны ложные срабатывания, при появлении признаков движения за установленным диапазоном наблюдения, например, за окном.
3. Могут представлять опасность здоровью людей, следует отдавать предпочтение ДД с минимальной мощностью производимого излучения. Безвредным считается непрерывное излучение с потоком мощности до 1 мВт.

Плюсы СВЧ ДД:

1. В охранных целях, может устанавливать объекты за хрупкими стенами, стеклами.
2. Режим его работы не влияет от температуры среды.
3. Реагирует даже на малозначительные движения.
4. Сам по себе имеет небольшие размеры,

Комбинированные ДД

Содержат сразу пару методов обнаружения признаков движения, например, ультразвукового и СВЧ. Это довольно удачный выбор для наиболее достоверного определения характера перемещения объектов на подконтрольной территории. Принцип работы этих устройств очень продуктивен. Недочеты одной технологии замещаются плюсами другой.

Устройство датчика ТДМ ДДМ-01

Лучше один раз увидеть, чем 100 раз прочитать. Именно поэтому я всегда стараюсь снабдить свои статьи большим количеством реальных фотографий.

Вскрываем корпус датчика. Как обычно, такие устройства собираются защелками и парой шурупов.

Схема микроволнового датчика движения. Внутренний вид.

Вот эта антеннка посередине – это как раз и есть тот самый излучающий и принимающий элемент.

Вид с другого ракурса, на силовое реле. Именно это реле выгорает, если неправильно подключить датчик:

Схема микроволнового датчика. Реле для включения освещения

На СВЧ-модуль, как видно на фото, приходит всего три проводочка. Видимо, этого вполне хватает для его функционирования. Поднимаем модуль,

СВЧ-модуль микроволнового датчика движения

и видим под ним конденсатор схемы питания. На самом СВЧ-модуле никаких надписей нет, кроме даты вверху.

Фото печатной платы со стороны пайки:

Электрическая схема микроволнового датчика движения, вид со стороны пайки

Сенсоры платформы VEX IQ

Конструкторы американского производителя VEX Robotics очень популярны в мире и принимают участие в соревнованиях по робототехнике. В состав набора «Супер Кит» входит 7 датчиков:

• Гироскоп.
• Датчик цвета и освещенности.
• Два датчика касания.
• Ультразвуковой сенсор.
• Два светодиодных устройства с тактильными датчиками.

В данной платформе имеем набор сенсоров, аналогичных LEGO Mindstorms Education EV3 плюс последние два датчика.

Важно: Любая из перечисленных платформ станет хорошим началом для постижения азов робототехники детьми. Наличие большего или меньшего количества вспомогательной электроники повлияет не на процесс качественного обучения школьников, а главным образом — на цену самого изделия

Об авторе: Шевцова Алиса, инженер-конструктор по робототехнике.