Описание видов датчиков присутствия и как сделать своими руками

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).

Двухпроводное подключение датчика движения

Первым делом
определитесь, какая у вас модель датчика по типу подключения. Они бывают двух и
трехпроводными.

Сначала изучим простейшую двухпроводную схему.

Двухпроводные датчики движения чаще всего ставят в обычные подрозетники. Общая картина его подключения состоит из 4-х элементов:

автоматический выключатель для подачи питания 220В

распредкоробка

сам датчик

светильники

Подключение прибора аналогично монтажу одноклавишного выключателя света. То есть, вам нужно подвести питающую фазу к датчику, и через него пустить ее на светильник.

При этом связку «датчик — светильник», лучше использовать на отдельном контуре, а не сажать его на общее освещение.

Рассмотрим процесс монтажа с самого начала. Первым делом заводите трехжильный кабель ВВГнг-Ls 3*1,5мм2 от автомата в щитке в распредкоробку. Обозначаете и маркируете его жилы: фаза, ноль, земля.

Далее протягиваете уже двухжильный провод до места установки датчика.

Где его лучше всего размещать?

Классический вариант для моделей устанавливаемых в подрозетник — на высоте 1,2-2,0м от уровня пола.

Не путайте
их с настенными устройствами, размещаемыми в проходных коридорах или подъездах
многоэтажек, либо на входе в здание. Эти обычно задираются под самый потолок,
недалеко от дверей.

Также
обратите внимание, чтобы никакие открытые двери не перекрывали угол обзора
датчика

Еще их не
рекомендуется ставить над батареей или другими нагревательными приборами.

Далее,
кабель идущий на светильник, также заводим в распредкоробку. Внутри нее
соединяем все жилы в следующей последовательности.

Сначала
ноли. От кабеля питания — на кабель светильника.

Далее заземление,
если оно конечно есть.

А вот фазу с
автомата, соединяем с одной из жилой, уходящей вниз на датчик (L). Вторую жилу
от кабеля датчика, пускаем на светильник (L датчика).

Осталось
подключить в подрозетнике сам датчик. Приходящую фазу с условным обозначением
L, заводим на соответствующую клемму.

Вторую жилу подключаем на клемму, где нарисован осветительный прибор или знак «нагрузка», как на рисунке внизу.

Осталось
спрятать в подрозетник весь механизм и установить декоративную рамку.

Далее на передней панели производим настройку. Для этого выкручиваете по порядку все «флажки».

1 — переводите устройство в автоматический режим

2-выставляете порог чувствительности

Дабы датчик не включался днем или в другое, не нужное вам время суток, в зависимости от уровня освещенности и силы светового потока.

3-задаете время, через которое освещение отключится, как только исчезнет движение в зоне действия прибора

На этом все.
Подаете напряжение и проверяете работу всей схемы.

Преимущества
подобной двухпроводной схемы и данных датчиков движения:

простота монтажа и подключения

возможность принудительного включения освещения без дополнительных выключателей света

универсальность

Вы легко можете заменить любой одноклавишный выключатель подобным устройством и автоматизировать свою систему освещения, без каких либо капитальных затрат.

Однако есть и недостатки. Данные приборы зачастую плохо работают с энергосберегающими и светодиодным лампочками.

Они начинают
мерцать, иногда очень даже сильно.

Изготовление своими руками

Собственноручная сборка представляет альтернативу фабричному устройству, если не подходят параметры. В конструкции применяются недорогие элементы, а для повышенной нагрузки ставится 2 реле.

Потребуются части:

• блок питания;
• транзистор с p-n-p-переходом;
• резистор;
• реле;
• фотоэлемент.

Используется низковольтный (5 – 12 В) блок в соответствии с нагрузкой, например, числом ламп. К аноду фотоэлемента присоединяется ограничительное для тока сопротивление, а к катоду припаивается положительный полюс питания. Один выход резистора подключается к минусу, а другой подключается к ограничивающему сопротивлению.

Схема

Принципиальная схема датчика прсутствия

В середине детектора ставятся фотоэлементы для приема волн. Элементы закрываются общей линзой, содержащей в составе множество мелких линз для сосредоточения ИК лучей перед подачей на отражатели. При движении фокус сдвигается с элемента и пропадает на одном стекле, но показывается на другом. Датчик срабатывает после нескольких подобных пропаж и появлений.

Устройство содержит генератор волн, усилитель и компрессор. После возвратного приема измеряется сдвиг по частоте, находится скорость движения. Конденсатор в схеме уравнивает частоту с резонансным показателем антенны. Датчик собирается на плате из стекловолокнистого материала и закрывается корпусом, антенна выходит наружу.

Отличие от датчика движения

Собственно в обоих детекторах применена одна и та же технология. Но все же отличия есть. Индикатор движения не настолько чувствительный как датчик присутствия. В первом используются десятки микролинз, соответственно и контролируемое пространство разбивается на такое же количество зон слежения.

У детектора присутствия таких отражателей могут быть сотни и соответственно зон слежения больше и что, еще важнее, они мельче по размеру, а значит, способны отследить даже минимальные движения.

Но для настройки приборов присутствия требуется более тонкая наладка. Они обладают большей чувствительностью, что зачастую вызывает ложные срабатывания. Чтобы увеличить вероятность правильных срабатываний, в схеме именно этих датчиков, применен свой собственный процессор.

Установка датчика присутствия

Итак, у нас есть датчик обнаружения присутствия человека, но где его установить?

Так как такие детекторы могут быть разного исполнения то надо учитывать:

место установки (потолочный или настенный). Настенный прибор лучше размещать над окном, чтобы избежать засветки прибора от солнечных лучей

Для потолочных важно то место, где требуется бóльшая чувствительность;
радиус обзора;
схема питания устройства;
какой объем помещения необходимо взять под контроль;
для внутренних помещений важна постоянная температура, отсутствие пыли и влажности;
для уличного размещения важна защита от погодных условий с большим радиусом охвата.

Крайне нежелательны препятствия на пути волн, в противном случае потребуется установка дополнительных устройств слежения в разных частях помещения.

Также их нельзя размещать вблизи:

• радиаторов отопления;
• кондиционеров;
• лопастных вентиляторов.

Для уличных датчиков желательно наличие навеса с учетом высоты монтажа прибора согласно паспортным рекомендациям.

Классификация

Существуют различные критерии для группировки датчиков присутствия. К одному из них относится способ регистрации перемещения, в соответствии с которым устройства разделяются на:

• датчики звука;
• приборы, работающие за счет ультразвука;
• датчики, функционирующие при помощи микроволн;
• модели, принцип работы которых основан на инфракрасном излучении;
• приборы со смешанным принципом работы (комбинированные).

Устройства, определяющие присутствие объекта с помощью звука, работают автоматически. Достаточно хлопка (т. е. не более 50 дБ) для срабатывания такого прибора. Настроить датчик звука можно при помощи кнопок, расположенных на его корпусе, одна из которых отвечает за громкость хлопка, а вторая – за продолжительность периода включения.

Выключение такого прибора возможно не только автоматически, но и при помощи того же хлопка. Как правило, это устройство имеет ограниченную зону реагирования, что лишает удобства его эксплуатацию. Датчики звука с высокой чувствительностью, в свою очередь, реагируют даже на незначительные шорохи. С одной стороны, это можно считать достоинством, так как руки не всегда могут быть свободны для совершения хлопков, а с другой – недостатком, вызванным частыми ложными срабатываниями.

Ультразвуковой прибор состоит из генератора шумовых сигналов и приемника. Как правило, такой датчик присутствия нечасто используется при организации освещения. Микроволновое оборудование в своей основе имеет генератор излучений высокой частоты и приемник отраженных сигналов. Эксплуатируется такой прибор, в основном, в качестве сигнализации, реже — в осветительных приборах. И ультразвуковой, и микроволновой датчики присутствия функционируют за счет эффекта Доплера. Отличаются они только по типу излучений.

Инфракрасное устройство осуществляет свою деятельность благодаря маленьким линзам, являющимися составными частями главной линзы, а также за счет дополнительных электронных элементов. Когда человек попадает в радиус действия датчика, линзы способствуют определению сигнала посредством их сосредоточения на фотоэлементе и плоскости объекта.Во время перемещения человека инфракрасное воздействие на фотоэлемент прекращается, и сигнал исчезает. В случае, если человек переходит в радиус воздействия другой линзы, то теперь уже она оказывает воздействие на фотоэлемент. И так далее, пока человек не покинет зону функционирования устройства.

Приборы с комбинированным принципом работы отличаются тем, что способны уменьшить количество ложных срабатываний. Это обусловлено строением их корпуса, который содержит в себе две системы для регистрации перемещения. Освещение может включиться только в том случае, если приходят в действие оба детектора. Зачастую инфракрасные и микроволновые методы применяют совместно.

Помимо вышеуказанных устройств, можно выделить следующие виды датчиков присутствия:

В зависимости от метода управления прибором:

• автоматические модели;
• устройство, чье выключение осуществляется в принудительном порядке;
• устройства, позволяющие контролировать радиус воздействия;
• датчики, функционирующие с помощью ПДУ.

При использовании датчика автоматического включения света оно происходит в случае, если обнаружено перемещение объектов, а выключение – когда объект исчезает. При использовании такого датчика присутствия существует вероятность того, что осветительный прибор может выключиться, даже если человек находится в помещении, просто перестал двигаться. Во избежание данного факта применяется включатель, позволяющий контролировать освещение в принудительном порядке.

В зависимости от способа установки:

• встроенные;
• накладные;
• влагостойкие (применяются как внутри, так и снаружи здания).

Встраиваемые приборы фиксируются при помощи специального отверстия. Накладные модели устанавливаются на стену или потолок дюбелями или саморезами. Уличные устройства имеют высокую степень защиты датчика от внешних условий и повреждений.

Также датчики присутствия различаются по мощности (от 1000 до 2000 Ватт), дальности реагирования (от 8 до 20 метров), радиусу воздействия (от 45о до 360о), разновидности нагрузки (в зависимости от типа используемых ламп: люминесцентных, ламп накаливания или галогенных) и варианту подключения (проходные, контроль которых осуществляется из нескольких точек; и непроходные – контролируются из одной точки).

Настройки детектора движения

Когда вопрос, как подключить датчик движения своими руками, решен, следует произвести еще одну обязательную процедуру. Как и любое техническое устройство, датчик движения для освещения требует после своей установки произвести настройку для максимально эффективного использования.

Для настройки производители обычно устанавливают на корпусе прибора три регулятора-ручки (или рычажка) с маркировками «TIME», «LUX» и «SENS».

Каждый из регуляторов предназначен для управления одним из параметров детектора движения:

1. «TIME» — регулятор времени продолжительности удержания сигнала. Проще говоря, при подключении датчика к прибору освещения это время будет указывать, как долго свет останется включенным после срабатывания детектора. Если до конца этого времени произошла еще одна фиксация движения датчиком, то время начинается отсчитываться заново. Обычно регулятор дает возможность задать диапазон значений от 1 секунды до 10 минут;
2. «LUX» — регулирование уровня освещенности, при которой детектор не будет реагировать на движение и подавать сигнал. Используется для предотвращения включения освещения в дневное время, особенно если датчик движения для включения света смонтирован для освещения на улице;
3. «SENS» — чувствительность прибора. При помощи регулировки чувствительности добиваются реагирования на нужное воздействие и бездействие при меньших влияниях. Так, правильно настроенный детектор будет включать свет при приближении человека, но не станет реагировать на менее массивную кошку. Расстояние, на котором происходит реагирование, также зависит от чувствительности. При высоком уровне чувствительности повышается процент ложных срабатываний.

Из всего описанного несложно сделать вывод, что подключение датчика движения к системе освещения помещений частного дома или квартиры является очень эффективным и удобным способом улучшить комфорт. Кроме того, внесение такого приспособления в свой дом способно довольно ощутимо сберечь бюджет, снизив потребление электроэнергии, которая не станет расходоваться на освещение комнат, где никого нет.

Правильное размещение

Как уже упоминалось, важное значение имеет правильное размещение датчиков присутствия в комнате. Как видно из рисунка ниже — лучшие места – углы комнаты, удалённые от батарей центрального отопления или стены, свободные от кондиционеров, увлажнителей воздуха или конвекторов

Размещение датчиков

Не стоит устанавливать их и напротив окон, иначе попадающие на сенсоры лучи света будут провоцировать постоянные ложные срабатывания, даже без присутствия человека. Не самое лучшее место и у двери – так как каждый раз, когда вы будете приходить мимо, сенсор будет реагировать на ваши движения путём включения света. А для большей части современных ламп это не есть хорошо. Они намного быстрее выходят из строя. Да и наличие вибраций от хлопанья дверью — далеко не оптимальные условия для эксплуатации микросхем.
Радиус действия (чувствительности) такого датчика обычно составляет 3-10 метров, в зависимости от используемой модели. Поэтому для нормального освещения длинных или неправильной формы помещений рекомендуется использовать сразу несколько датчиков движения.
Оптимальная высота монтажа – под потолком, на 2,4 – 3 метра от пола. Чтобы в радиус покрытия датчика не попадали никакие другие источники тепла (кроме жильцов) регулируйте угол наклона и направленность сенсора. Это же относится и другим светильникам в комнате – иначе датчик будет срабатывать на лампу накаливания – как на источник тепла.
Кстати, по поводу ламп — для связки с датчиком движения лучше выбирать светодиодные или галогенные модели. Они экономны, дают достаточно яркий поток света и главное, невосприимчивы к частым включениям-выключениям так, как, например, люминесцентные.
Хотя со многими моделями датчиков светодиодные лампы не работают или светят в пол силы. А некоторые схемы и вовсе предполагают только лампы накаливания, мощностью не менее 40 Вт. Энергосберегающие лампы также могут «моргать» ночью (даже при условии выключения света) из-за неправильно подсоединённого выключателя с индикатором (диодной лампочкой). Чтобы избежать проблем с морганием LED-ламп, нужно использовать специальный сетевой адаптер, который будет выдавать постоянное напряжение, без которого диоды не могут работать нормально.
Ниже приложена схема расположения датчиков движения на примере однокомнатной квартиры.

Размещение датчиков

Как видим, для небольших помещений вполне достаточно одного датчика присутствия. Проблематичнее всего будет выбрать место и подходящий угол наклона сенсора на кухне, так как конвекционные токи от плиты, готовых блюд, микроволновки и т.д. будут провоцировать ложные срабатывания. Возможно, здесь даже придётся воспользоваться датчиками другого типа (ультразвуковым или микроволновым).

Инфракрасные датчики – отличный способ рационально использовать электроэнергию, используемую на освещение. Да и вообще – с ними просто удобно. Не нужно впотьмах разыскивать на стене клавишу для включения света. Такие модули не так уж сложно сделать своими руками, главное — не напутать с фазами и допустимыми уровнями тока с напряжением.

https://youtube.com/watch?v=YiWmUeN1Btg

Как работает такой измеритель

По сути дела, подобный сенсор представляет собой конденсатор. На определении его характеристики базируется работа измерителя и контроль параметров. Поэтому вполне к месту будет вспомнить о том, что такое конденсатор.

Про конденсатор, его характеристики

Как известно, емкость конденсатора определяется формулой

С=Ɛ×Ɛ0×S/d

Где:

• Ɛ0 — диэлектрическая постоянная;
• Ɛ — относительная диэлектрическая проницаемость среды между пластинами;
• d — зазор между обкладками;
• S — площадь обкладок.

В этой формуле три переменные величины — диэлектрическая проницаемость Ɛ, площадь S обкладок конденсатора и зазор между обкладками d. Изменение любой из них приведет к изменению емкости, а отслеживание колебаний позволит контролировать характеристики среды или другого параметра.

Принцип работы емкостного измерителя

Самое простое техническое решение — включить измерительный сенсор во времязадающую цепь генератора. Не вдаваясь в тонкости схемотехники, можно сказать, что принцип работы любого емкостного датчика тем или иным образом связан с изменением параметров генератора. Это происходит из-за колебаний емкости конденсатора, что приводит к генерации им колебаний другой частоты.

Таким образом, отслеживая ее значение на выходе измерителя, можно оценивать  изменения контролируемого параметра. Конечно, в каждом конкретном случае схемотехническое решение может быть разным. Во многом оно будет зависеть от параметра конденсатора, на который оказывается воздействие со стороны внешней среды.

Это может быть изменение зазора между обкладками конденсатора из-за их сближения или удаления. Или при заполнении резервуара другой средой, например водой, изменится значение диэлектрической проницаемости. Или обкладки конденсатора после внешних воздействий будут располагаться друг относительно друга по-разному.

Любое подобное воздействие вызовет изменение значения емкости конденсатора, а значит, повлияет на работу схемы. Например, емкостные датчики уровня контролируют степень заполнения резервуара или бункера. Зная зависимость между уровнем жидкости и емкостью конденсатора, можно определить, насколько заполнен бак.

Хотя надо отметить, что могут применяться и другие способы обработки сигналов датчика. Их достаточно много, выбор того или иного зависит от конкретных условий. Современный уровень развития электроники позволяет получать обработанный сигнал в виде цифрового кода.

Еще один метод измерения емкости — использование аналого-цифровых преобразователей. Микроконтроллеры вполне могут справиться подобной задачей. В этом случае значительно упрощается измерительная часть приборов на их основе.

Работа датчика и его особенности

Приборы, которые дают возможность автоматического управления освещением всегда будут востребованы. Как дополнение к этой системе включения/выключения света в помещении устанавливаются и датчики присутствия. Они внедряются в цепь управления осветительным прибором и отслеживают обстановку в помещении.

Если в зоне действия прибора был замечен объект, который перемещается по комнате, автоматически подается сигнал и в комнате включается свет. Если человек остановился — свет в комнате погаснет. Так работают обычные датчики движения.

Немного по-другому работают датчики присутствия.

В их конструкции есть сенсор, работа которого основана на эффекте Доплера. Принцип действия заключается в постоянном отслеживании длины и частоты волны. На все эти изменения реагирует сенсор, который и направляет сигнал управления на устройство управляющее включением света

Но что более важно, на работу датчика, не влияет, есть ли дальнейшее передвижение объекта в комнате или нет.  Отслеживается степень инфракрасного излучения в зоне его действия. Но срабатывает прибор не сразу

Если накапливается от 2-х до 4-х импульсов и только тогда формируется команда на управление.

Естественно, когда в комнате находится человек, пироэлектрический детектор улавливает изменение температурного фона и подает сигнал на включение света.

Если такого сигнала нет, прибор переводится в спящий режим — свет в комнате отключается автоматически.