Инфракрасный датчик движения: оптическая схема и блок обработки сигналов

Инфракрасные датчики движения

Скорее всего, читатель уже знаком с таким понятием, как «умный дом». Это значит, что в нем установлено много устройств, которые функционируют в автоматическом режиме. А владелец может так или иначе управлять ими. Важную роль в управлении домашней автоматикой выполняют датчики движения (ДД). Об этих устройствах более подробно расскажем далее.

В каких случаях применяются

В общем ДД применимы не только в умном доме. Их можно задействовать для управления любой осветительной системой, установленной в любом помещении. Частный дом не будет исключением в таком случае. И не только его освещение даст пользу при внедрении ДД. Безопасность жилья, основанная на применении ДД, – это еще одна область использования датчиков. Это же относится:

• к многоквартирным домам (применительно и к объектам общего пользования, и непосредственно для квартир);
• школам, больницам, детским садам и прочим учреждениям социального назначения;
• административным объектам.

По некоторым данным, при широком внедрении ДД в осветительных системах перечисленных выше объектов, можно получить экономию электроэнергии примерно в 75%.

Как устроены и работают

Для срабатывания любого датчика нужна определенная среда, которая определяет возникновение сигнала. Для большинства систем с ДД такой средой является свет.

Невидимая инфракрасная (ИК) часть его спектра очень удобна для использования. Человеческий глаз не видит инфракрасные лучи. Но они взаимодействуют с линзами как видимый свет.

По этой причине невидимый поток можно усилить линзой, направив на фотоэлемент.

Он сможет зафиксировать любое тепло, в том числе исходящее от человека и животных. Причем круглосуточно, вне зависимости от уровня естественного освещения. Для инфракрасного фотоэлемента оно не имеет значения. И днем, и ночью человек воспринимается им одинаково, о чем свидетельствует изображение далее:

Так выглядит человек в инфракрасных лучах при любом освещении

На изображении более темные участки соответствуют пониженным температурным показателям. Следовательно, уровень сигнала, который выдает фотоэлемент, получается меньше.

Поэтому его работа основана на изменении теплового фона пространства, охваченного телесным углом его линзы. Этот фон может изменяться по разным причинам.

В результате получаются не только правильные, но и ложные срабатывания ДД и разновидности их, которые называются датчиками присутствия. Разница между ними состоит в чувствительности.

ДД реагирует на значительное пороговое изменение теплового фона. Например, появление в зоне его действия подвижного объекта. Но поведение этого объекта, например, человека, который двигает частями своего тела, отрабатываться не будет. Датчик присутствия сможет зафиксировать эти движения.

Для ознакомления с конструкцией ДД рассмотрим одну из его моделей. Датчик – это пластиковый корпус, внутри которого установлена печатная плата с электронными компонентами.

В рассматриваемой модели фотоэлементы, воспринимающие состояние ИК-излучения, находятся в центре печатной платы. Над ними расположен оптический концентратор, состоящий из большого числа линз.

Эти две детали показаны далее.

Печатная плата и оптический концентратор датчика движенияОптический концентратор датчика движения

Каждая линза охватывает часть пространства, ограниченного конусом с вершиной на одном из фотоэлементов.

Перемещение предмета и связанное с этим изменение инфракрасного излучения, воспринимаемого ДД, сопровождается электрическими сигналами, которые создает фотоэлемент под воздействием линз.

Другие компоненты электронной схемы обрабатывают эти сигналы, обеспечивая необходимый результат. Для наглядности описание этого процесса дополнено изображением.

Так работает инфракрасный ДД

В соответствии с закономерностями оптики, увеличение количества линз приводит к усилению чувствительности ДД и обеспечивает регистрацию все более незначительных изменений инфракрасного света. Но упомянутая чувствительность связана с расстоянием. И если в определенной близости от ДД он может регистрировать их, выполняя роль датчика присутствия, то по мере удаления от фотоэлемента эта роль утрачивается.

По размерам и количеству линз, которые приходятся на общую поверхность концентратора, можно судить о том, какую задачу выполняет датчик. Если у двух моделей размеры и конструкция концентраторов одинаковы, но в одном из них линзы мелкие и в большем количестве, значит, это датчик присутствия, а его так называемый «коллега» – ДД.

Где устанавливается

• В любом из мест, где в пределах телесного угла датчика нет источников света или предметов, бросающих тень на ДД со стороны наблюдаемой зоны.

Правильное расположение лампы относительно ДДНеправильно расположенные светильники ограничивают рабочую зону ДД

Поскольку основной параметр ДД называется радиусом обнаружения, в его пределы для правильного отслеживания движения в пределах помещения должны попадать все углы этого помещения.

Если это условие не выполняется, используются несколько ДД с перекрывающимися телесными углами. В основном все модели датчиков из присутствующих на рынке характерны круговыми или эллипсоидными диаграммами направленности. Из-за этого всегда их нужно несколько штук. Это усложняет проектирование систем автоматики.

Хотя и выпускаются датчики с квадратной диаграммой направленности, их на рынке представляет лишь одна германская фирма. Эти датчики упрощают проектирование, что наглядно демонстрирует следующее изображение.

Картинка

Преимущества ДД с квадратной характеристикой диаграммы обнаружения (направленности)

• ДД устанавливаются вдали от отопительного (охладительного) оборудования.
• При выборе ДД рекомендуется обратить внимание на его способность отличать естественное освещение от искусственного.

Упомянутое обернется существенной экономией денег, потраченных на электроэнергию – освещение. Даже при более высокой стоимости эти датчики быстро окупятся. Но устанавливать эти датчики имеет смысл в помещениях с окнами. Если естественный свет в помещение не попадает (например, в коридор или подвал), можно установить недорогие ДД без мониторинга естественного освещения.

В заключение краткий итог изложенного:

• Все модели ДД, в том числе и датчики присутствия, используют инфракрасное излучение, изменяемое тем или иным внешним воздействием.
• Изменение ИК-излучения не обязательно связано с движением объектов и может быть результатом нагревания.
• Датчики присутствия характерны большим количеством ложных срабатываний по причине повышенной чувствительности.
• Целесообразно настраивать ДД соответственно сезонному светлому времени суток.

Ардуино: инфракрасный датчик движения, ПИР

Тема сегодняшнего урока — датчик движения на основе пироэлектрического эффекта (PIR, passive infrared motion sensor).

Такие датчики часто используются в охранных системах и в быту для обнаружения движения в помещении. Например, на принципе детектирования движения основано автоматическое включение света в подъезде или в ванной.

 Пироэлектрические датчики достаточно простого устроены, недороги и неприхотливы в установке и обслуживании.

Кстати сказать, существуют и другие способы детектирования движения. Сегодня всё чаще используют системы компьютерного зрения для распознавания объектов и траектории их перемещения. В тех же охранных системах применяются лазерные детекторы, которые дают тревожный сигнал при пересечении луча. Также используются тепловизионные датчики, способные определить движение только живых существ.

1. Принцип действия пироэлектрических датчиков движения

Пироэлектрики — это диэлектрики, которые создают электрическое поле при изменении их температуры. На основе пироэлектриков делают датчики измерения температуры, например, LHI778 или IRA-E700.

Каждый такой датчик содержит два чувствительных элемента размером 1×2 мм, подключенных с противоположной полярностью.

И как мы увидим далее, наличие именно двух элементов поможет нам детектировать движение.

Вот так выглядит датчик IRA-E700 компании Murata.

На этом уроке мы будем работать с датчиком движения HC-SR501, в котором установлен один такой пироэлектрический датчик. Сверху пироэлектрик окружен полусферой, разбитой на несколько сегментов. Каждый сегмент этой сферы представляет собой линзу, которая фокусирует тепловое излучение на разные участки ПИР-датчика. Часто в качестве линзы используют линзу Френеля.

Принцип работы датчик движения следующий. Предположим, что датчик установлен в пустой комнате. Каждый чувствительный элемент получает постоянную дозу излучения, а значит и напряжение на них имеет постоянное значение (левый рисунок).

Как только в комнату заходит человек, он попадает сначала в зону обзора первого элемента, что приводит к появлению положительного электрического импульса на нем (центральный рисунок).

Человек движется, и его тепловое излучение через линзы попадает уже на второй PIR-элемент, который генерирует отрицательный импульс. Электронная схема датчика движения регистрирует эти разнонаправленные импульсы и делает выводы о том, что в поле зрения датчика попал человек. На выходе датчика генерируется положительный импульс (правый рисунок).

2. Настройка HC-SR501

На этом уроке мы будем использовать модуль HC-SR501. Этот модуль очень распространен и применяется во множестве DIY проектов в силу своей дешевизны.

У датчика имеется два переменных резистора и перемычка для настройки режима. Один из потенциометров регулирует чувствительность прибора. Чем она больше, тем дальше «видит» датчик. Также чувствительность влияет на размер детектируемого объекта. К примеру, можно исключить из срабатывания собаку или кошку.

Второй потенциометр регулирует время срабатывания T. Если датчик обнаружил движение, он генерирует на выходе положительный импульс длиной T.

Наконец, третий элемент управления — перемычка, которая переключает режим датчика. В положении L датчик ведет отсчет Т от самого первого срабатывания.

 Допустим, мы хотим управлять светом в ванной комнате. Зайдя в комнату, человек вызовет срабатывание датчика, и свет включится ровно на время Т.

По окончании периода, сигнал на выходе вернется в исходное состояние, и датчик будет дать следующего срабатывания.

В положении H датчик начинает отсчет времени T каждый раз после обнаружения движения. Другими словами, любое шевеление человека вызовет обнуление таймера отсчета Т. По-умолчанию, перемычка находится в состоянии H.

3. Подключение HC-SR501 к Ардуино Уно

Для соединения с микроконтроллером или напрямую с реле у HC-SR501 имеется три вывода. Подключаем их к Ардуино по следующей схеме:

HC-SR501	GND	VCC	OUT
Ардуино Уно	GND	+5V	2

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Программа

Как уже было сказано, цифровой выход датчика HC-SR501 генерирует высокий уровень сигнала при срабатывании. Напишем простую программу, которая будет отправлять в последовательный порт «1» если датчик увидел движение, и «0» в противном случае.

const int movPin = 2 void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(movPin, INPUT); } void loop(){ int val = digitalRead(movPin); Serial.println(val); delay(100); }

Загружаем программу на Ардуино и проверяем работу датчика. Можно покрутить настройки датчика и посмотреть как это отразится на его работе.

4. Управление светом на основе датчика движения

Следующий шаг — система автоматического включения света. Для того, чтобы управлять освещением в помещении, нам потребуется добавить в цепь реле.

Будем использовать модуль реле с защитой на основе опторазвязки, о котором мы уже писали в одном и уроков (урок про реле).

Внимание! Данная схема зажигает лампу от сети 220 Вольт. Рекомендуется семь раз проверить все соединения, прежде чем соединять схему с бытовой электросетью.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Программа

Теперь напишем программу, которая будет при срабатывании датчика включать реле, а следовательно и освещение в комнате.

const int movPin = 2; const int relPin = 3; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(movPin, INPUT); pinMode(relPin, OUTPUT); } void loop(){ int val = digitalRead(movPin); if (val) digitalWrite(relPin, HIGH); else digitalWrite(relPin, LOW); }

Загружаем программу на Ардуино, аккуратно подключаем схему к бытовой сети и проверяем работу датчика.

Заключение

Датчики движения окружают нас повсюду. Благодаря охранным системам, их можно встретить практически в каждом помещении. Как мы выяснили, они очень просты в использовании и могут быть легко интегрированы в любой проект на Ардуино или Raspberry Pi.

Вот несколько ситуаций и мест, где может пригодиться датчик движения:

• автоматическое включение света в подъезде дома, в ванной комнате и туалете, перед входной дверью в помещение;
• сигнализация в помещении и во дворе;
• автоматическое открывание дверей;
• автоматическое включение охранной видеокамеры.

Как уже говорилось в самом начале, существуют и другие способы детектирования движения. О них мы поговорим на следующих уроках!

Схема ик датчика

   Схема ИК датчика разрабатывалась для установки включения освещения, при подходе к входным воротам. Схему можно применить в составе охранной сигнализации, включения освещения и т.д. Датчик работает на отражение ИК луча, так-же и на пересечение, режим работы выбирается переключением перемычки S5 (BARRIER). При попадании объекта в зону ИК датчика включается реле.

Время задержки включенного состояния, выбирается перемычками S1-S4. Отсчет времени ведется после того, как перестанет срабатывать датчик присутствия. При установки фотодиода ФД-1, датчик срабатывает только в тёмное время суток. За 10 сек. до выключения, звучит звуковой сигнал. Зуммер установлен с внутренним генератором.

Если ночной режим не надо — можно элементы R3-R4-ФД1-Т1 не устанавливать.

   В управление ик диодом, транзистор Т2 можно не устанавливать, он служит для повышения мощности ИК сигнала. В архиве прилагаются две прошивки с зуммером за десять секунд перед выключением, и без зуммера, других отличий нет. При изготовлении ИК датчика (в режиме отражения) инфракрасный излучатель и ИК-приёмник надо изолировать друг от друга, если будет засветка — трудно настроить. Рисунок печатной платы показан тут, а сам файл LAY находится в архиве.

Описание работы устройства

   На выводе RB3 (pin 9) каждые 0,5 сек присутствуют пачки импульсов (10 штук) промодулированные частотой 36 кГц для работы TSOP. Эти импульсы должны подаваться на инфракрасный светодиод (от ДУ). Фотоприемник (подключается к выводу RB1, pin 7) принимает сигнал, считает импульсы.

   Кнопка PRESENS только для отладки в Proteus. Ее просто не устанавливать, никаких перемычек не надо. Если кнопка BARRIER разомкнута, выбран режим на отражение.

При этом, если количество принятых импульсов совпало с переданным, то включается свет (RA0, pin 17). Если кнопка BARRIER замкнута, выбран режим барьер.

Свет в этом случае включается, если количество принятых импульсов равно 0.

   Время включенного света выставляется джамперами на выводах МК (pin 4-7). Отсчет времени ведется после того, как перестанет срабатывать датчик присутствия. Время рассчитывается по следующей формуле:           Delay = (1 + RB4 + RB5 × 2 + RB6 × 4 + RB7 × 8) × 10, сек.

   Таким образом, минимальное время (все джамперы замкнуты на общий провод, RB4, RB5, RB6, RB7 = 0) составляет 10 сек. С дискретностью 10 сек установкой перемычек можно получить максимальное время (1 + 1 + 1×2 + 1×4 + 1×8) × 10 = 160 сек.

   Если установлен датчик день/ночь (Day), то при замкнутых контактах датчика устройство блокируется.

   Датчик день/ночь должен иметь сопротивление не менее 50 кОм ночью и не более 10 кОм днем. Или где-то в таких пределах, определите экспериментально. Лучше конечно дискретный, включено-выключено. К датчику не будет лишним тоже прицепить конденсатор, можно побольше.

   Если датчик (фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и прочее фото) меняет свое сопротивление в указанных мною пределах, то его можно просто подключать к МК. Но лучше с транзистором — так надежнее. R6 не нужен, используется внутренний подтягивающий резистор МК. А R4 и R5 нужно подобрать для питания +5V и в зависимости от фотодатчика, а также от конкретных условий установки. Если проще, то настроить чувствительность. Авторы схемы: Александрович-SOIR (Soir&C.E.A)

   Форум по микроконтроллерам

Активный оптический инфракрасный датчик

Устройство по своей функции представляет из себя инфракрасный локатор.

Излучаемые им пачки импульсов с частотой около 38 кГц отражаются от поверхности приближающегося объекта и принимаются его же фотоприёмником.

Устройство помехоустойчиво к посторонним излучениям и распознаёт селективно только собственные излучаемые импульсы, в результате чего на выходе устройства появляется или логический «ноль», или логическая «единица».

Устройство может работать в режиме «фотобарьера», т.е. на принципе пересечение луча между фотоприёмником и излучателем, если расположить их вдоль одной оси напротив друг друга.

В режиме локатора устройство можно применить, например, в качестве датчика «электрического полотенца», т.е. для включения фена при приближении рук в зону, куда направлен будет тёплый поток воздуха.

Можно использовать как бесконтактный дистанционный датчик верхнего уровня в наполняемой ёмкости, причем как для сыпучих материалов, так и различных жидкостей.

Если использовать датчик в качестве «фотобарьера» (на срабатывание от пересечение луча) то релейный выход  OUT_1  будет инверсным: когда луч не пересечён — на выходе будет логическая «единица», если пересечён — логический «ноль».

Основу прибора составляет 8-ми разрядный микроконтроллер семейства AVR фирмы ATMEL ATtiny13 с выбранной тактовой частотой внутреннего RC генератора 4,8 мГц (как выставить фьюзы при программировании через программатор PonyProg, показано на картинке).

Так же понадобится IR-фотоприёмник в интегральном исполнении типа TSOP1738 с наибольшей чувствительностью в районе 38 кГц, или фотоприёмники других производителей, но так же с максимальным усилением в полосе частот 38 кГц.

Я пробовал применять фотоприёмники разных типов с разных плат телевизоров, все они работали в этой схеме удовлетворительно. Светодиод HL1 — любой инфракрасного спектра излучения (такие применяются в пультах ДУ).

При желании можно сделать регулятор расстояния до объекта, добавив переменный резистор порядка 1 ком последовательно с резистором R5, им можно будет добиваться уменьшения зоны чувствительности прибора. Реле Rel_1 — любое на 12 вольт с током включения 15 ма и с контактами, рассчитанными на ток предполагаемой нагрузки.

Если релейный выход не нужен, то элементы Т2, Rel_1, R6 и VD2 из схемы можно исключить, а о срабатывании устройства судить по состоянию светодиода индикатора HL2.

{ads1}

В качестве выходного транзистора инфракрасного излучателя VT1 применён полевой N-канальный транзистор, причем желательно с такими характеристиками, чтобы он открывался полностью от TTL-уровня, который мы получаем на выходе микроконтроллера (такие транзисторы можно найти на неисправных материнских платах). Я применил IRFR024N. Вместо полевого транзистора можно применить и биполярный транзистор NPN-структуры средней мощности, например, зарубежный 2SC1213 или отечественный КТ503, подав на его базу сигнал с 5-й ножки микроконтроллера через резистор 1 ком. Микросхема стабилизатора напряжения — 78L05, можно применить 7805 или отечественную КР142ЕH5 с напряжением стабилизации 5 вольт. Питается устройство от +12 вольт и потребляет ток приблизительно 60 ма (с разными элементами схемы ток потребления разный).

Чем мощнее сигнал излучателя, тем дальше схема будет распознавать объект.

Правильная работа схемы во многом зависит от оптического оформления конструкции излучателя и расположения фотоприёмника: надо принять меры для хорошего экранирования фотоприёмника от засветки непосредственно излучателем.

Я применял трубку из алюминиевой фольги диаметром 6 мм и длиной 5 см, изолировав внутреннюю поверхность, чтобы избежать случайного замыкания выводов светодиода. Внутрь этой трубки поместил инфракрасный светодиод.

К проекту прилагаются три варианта прошивок для срабатывания датчика с разного расстояния (с номером 3 самая «дальнобойная»).

{plusone}

Владимир Науменко,
г. Калининград.

Вложения:ФайлОписаниеРазмер файла:

hex.zip	Архив с тремя вариантами прошивок разной дальнобойности	1 Кб
pictures.zip	Архив со схемой в формате Splan 7 и дополнительными рисунками	6 Кб

Объемный включатель света на базе ИК датчика движения HC-SR501

Объемный включатель света на базе ИК датчика движения HC-SR501

  Приобрел датчика движения HC-SR501 на Алиэкспрес, решил чуть ли не в день получения посылки собрать простенькую схему, для управления освещением над кухонным столом.  Для устройства решил использовать светодиодные алюминиевые полоски на 24 вольта, мощностью примерно 7 ватт

Драйвер у меня был, осталось разработать схему .  

Схема получилась очень простая, так как драйвер светодиода  и сам датчик готовые. Блок питания простой импульсный с минимумом деталей, всего на одном транзисторе BF420 его кодовая маркировка 13001, трансформатор для блока питания можно взять практически от любой импульсной зарядки мобильника,

​От обратной

 связи через оптрон и от других стабилизаторов я отказался так как в датчике есть свой стабилизатор, и питание его может колебаться от 4,5 V до 20 V. В моем БП на выходе получилось 7,5 v хотя рассчитывал я на 5 v  Многие детали в блоке питания как и во всей конструкции весьма условны, так к примеру  С1 и R3 вообще можно не ставить из-за малого тока потребления, у многих зарядок их просто нет. R3 — можно ставить от 800 Ом и выше.

R1 —  стабильно работает от 1 до 2,5 МОм

R2  —  от 100 до 510 Ом С2   — 1000 пф до 0,01 мкф

Если планируете часто включать — выключать устройство из сети, можно включить сглаживающий резистор в разрыв цепи питания именно БП сопротивлением 2 — 22 Ом и мощностью 0,5 Вт. Лишним это не будет!

Как видите БП можно фактически собрать из того что под рукой

Схема объемного ик датчика движения

Как уже говорилось за основу схемы взят HC SR501, стоимостью всего в 45 рублей в Китае на 2016г.
Подробное описание, характеристики, принцип работы и схему самого модуля смотрите в моей статье «Инфракрасный датчик движения  HC-SR501″ в разделе посвященному arduino.

В момент создания этой схемы я недостаточно изучил датчик, поэтому ввел в схему узел для блокировки работы датчика при нормальной освещенности. Без этого можно было обойтись так как на ИК модуле уже есть контакты для подключения фоторезистора , как его подключить описано в статье HC SR501, повторятся не буду.
 

 Вернемся к схеме выключателя, блок питания мы разобрали остался ключ и узел блокировки от освещенности, Оба узла выполнены на транзисторах общего назначения S9011, подойдут любые переключающие N-P-N структуры, просто эти были самые дешевые, продаются «жменями» на том же алиэкспрес.  Емкость С5 влияет на время работы реле после пропадания импульса с датчика, при 820 мкф задержка выключения составляет 5-8 сек.

R4 для задержки разряда конденсатора

R7 — токоограничивающий (чтобы при открытии VT3 не  было к.з.)
Без VT3 можно обойтись и припаять фоторезистор непосредственно на плату датчика как описано в статье HC SR501,    но если решили повторить то объяснять в принципе и нечего, VT3 в открытом состоянии не дает накопится заряду на С5 и открыться VT3 для включения реле
Регулировка светочувствительности производится — R8
 

В общем схемку накидал, понеслась возня с текстолитом:
 

Рисунок с помощью ЛУТ, травил в перекиси водорода в присутствии лимонной кислоты, очень дешево и очень сердито, так сердито что от хлорного железа я отказался, и травится быстрее и химии меньше.
 

У схемы есть и недостатки, если около 5 — 8 секунд не двигаться  свет гаснет.
С другой стороны нечего на кухни у плиты тупить , двигаться нужно, двигаться.

Жалкое подобие шелкографии (рисунок на плате) тоже делал при помощи ЛУТ, причем бумагу снял «на горячую» чтоб не отмывать бумагу. Как видите на рисунок на четверочку потянет, жалко принтер не цветной.
 

ДЕТАЛИ ПОКУПАЛ ТУТ:

Датчики HC-SR501 тут

Драйверы тут

Печатную плату вместе с шелкографией привожу в формате lay 

   скачать lay

 

Своими успехами и вопросами делитесь на нашем форуме или или в комментариях.

GP7037 — интегральный датчик движения и приближения

Обнаружение движущихся объектов – достаточно распространенная задача. Она решается в различных приложениях: от систем безопасности до современных игровых геймпадов.

К сожалению, в большинстве случаев создать качественный датчик движения достаточно сложно. Но в последнее время стали появляться интегрированные сенсоры, которые максимально просты в использовании и, в то же время, обладают широкими возможностями.

Одним из них стал датчик движения и приближения GP7037 от компании DYNA IMAGE.

Рис. 1.

Датчики движения от компании DYNA IMAGE.

Несмотря на кажущуюся обыденность, датчики движения – сложные устройства. Недостаточно просто взять светодиод и фотоприемник! Нужно обеспечить правильную модуляцию выходного светового сигнала, создать схему усиления и нормирования входного светового потока, провести оцифровку сигнала, выполнить цифровую обработку… Но и это еще не все!

Дополнительно нужно решить и ряд других задач, не связанных со схемотехникой. Например, обеспечить защиту от засветов. Для этого потребуется не только создать систему активной подстройки, но и пристальное внимание уделить оптической системе датчика.

Теперь задача уже не кажется такой простой? Осталось только упомянуть, что все перечисленные проблемы нужно решить с учетом крупносерийного производства. Бессмысленно делать датчики, каждый из которых потом придется вручную подстраивать.

Остается только радоваться тому, что техника не стоит на месте. Теперь появляются интегральные датчики движения, которые требуют от пользователя минимум усилий по их внедрению. Ярким примером таких сенсоров является GP7037 от компании DYNA IMAGE (Рис. 2).

Рис. 2.

Интегральный датчик движения и приближения GP7037.

DYNA IMAGE специализируется на создании инерциальных датчиков и датчиков освещенности. Однако в портфолио компании присутствуют и комбинированные сенсоры.

Рассматриваемый GP7037 в своем составе содержит не только датчик движения, но и датчик приближения.

Таким образом, он может формировать трехмерную картину движущегося объекта! В перечень распознаваемых жестов входят: движения влево, вправо, вверх, вниз, круговые по часовой стрелке, круговые против часовой стрелки, приближение, удаление.

Структурная схема GP7037 включает все необходимые элементы: светочувствительные датчики, цепи нормирования и усиления, 8-битный АЦП, цифровой сигнальный процессор, системы тактирования и питания, блок формирования прерываний (Рис. 3). В качестве коммуникационного интерфейса используется I2C.

Рис. 3.

Внутренняя структура GP7037.

Для обоих датчиков доступна система самокалибровки и компенсации засветов.

Так как GP7037 предполагается использовать в портативных приборах, то для минимизации потребления его снабдили четырьмя режимами работы: режим датчика движения, режим датчика приближения, режим пониженного потребления и режим сброса. В последних двух случаях потребление составляет всего несколько десятков мкА.

Несмотря на богатую «начинку», GP7037 выпускается в миниатюрном 20-выводном корпусе ODFN 3.0×3.0×0.6 мм.

Основным достоинством датчика GP7037, как уже говорилось выше, является простота применения. По сути, пользователю нужно только запитать датчик. Далее всего лишь требуется управление его работой по интерфейсу I2C!

Областями применения новых интегрированных сенсоров GP7037 от DYNA IMAGE без сомнения станут: портативные приборы (например, умные часы), системы безопасности (детекторы задымленности, сенсоры движения), игровые геймпады и т. д.

Характеристики интегрального датчика движения и приближения GP7037:

• распознаваемые жесты: вверх, вниз, влево, вправо, круговые по часовой стрелке, круговые против часовой стрелки;
• коммуникационный интерфейс: 400 кГц I2C;
• длина волны светодиода: 940 нм;
• разрядность АЦП датчика движения: 8 бит;
• разрядность АЦП датчика приближения: 8 бит;
• диапазон напряжений питания: 2.5…3.6 В;
• потребление в активном режиме: 1.2…3 мА;
• потребление в спящем режиме: 20 мкА;
• диапазон рабочих температур: –30…+75 °C;
• корпус: 20-выводной ODFN 3.0×3.0×0.6 мм.

О компании

DYNA IMAGE Corporation – китайская компания, специализирующаяся на проектировании и производстве различных типов интегральных датчиков. В портфолио DYNA IMAGE входят: оптические датчики (освещенности, цвета и т.д.), датчики движения и приближения, инерционные датчики (гироскопы, акселерометры), комбинированные датчики.

Посмотреть подробные характеристики датчиков движения от компании DYNA IMAGE

Модули Arduino. Пассивные оптико-электронные ИК-датчики движения | Обучонок

Для создания системы я решил подобрать модули, которые бы подходили для создания системы и осуществляли слежение за периметром.

Я выбрал следующие компоненты:

• пассивный инфракрасный датчик движения;
• GSM модуль;
• сирена.

Рассмотрим их поподробней.

Пассивный инфракрасный 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.

В настоящее время пассивные оптико-электронные инфракрасные (ИК) извещатели занимают лидирующие позиции при выборе защиты помещений от несанкционированного вторжения на объектах охраны. Эстетичный внешний вид, простота монтажа, настройки и обслуживания зачастую обеспечивают им приоритет по сравнению с другими средствами обнаружения.

Пассивные оптико-электронные инфракрасные (ИК) извещатели (их часто называют датчиками движения или PIR датчиками) обнаруживают факт проникновения человека в защищаемую (контролируемую) часть пространства, формируют сигнал тревожного извещения и путем размыкания контактов исполнительного реле (реле ПЦН) передают сигнал «тревога» на средства оповещения.

В качестве средств оповещения могут использоваться устройства оконечные (УО) систем передачи извещений (СПИ) или прибор приемно-контрольный охранно-пожарный (ППКОП). В свою очередь, вышеназванные устройства (УО или ППКОП) по различным каналам передачи данных транслируют полученное тревожное извещение на пульт централизованного наблюдения (ПЦН) или местный пульт охраны.

Как работает пассивный ИК-датчик движения

Принцип работы пассивных оптико-электронных ИК-извещателей основан на восприятии изменения уровня инфракрасного излучения температурного фона, источниками которого являются тело человека или мелких животных, а также всевозможных предметов, находящихся в поле их зрения.

Сенсор, чувствительный к инфракрасному излучению в диапазоне 5–15 мкм, обнаруживает тепловое излучение от человеческого тела. 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).

Рис. 1. Основные элементы входящие в состав ИК-извещателя

В пассивных оптико-электронных ИК-извещателях инфракрасное тепловое излучение попадает на линзу Френеля, после чего фокусируется на чувствительном пироэлементе, расположенном на оптической оси линзы.

Пассивные ИК-извещатели принимают потоки инфракрасной энергии от объектов и преобразуются пироприемником в электрический сигнал, который поступает через усилитель и схему обработки сигнала на вход формирователя тревожного извещения (рис. 1).

Для того чтобы нарушитель был обнаружен ИК-пассивным датчиком, необходимо выполнение следующих условий:

• нарушитель должен пересечь в поперечном направлении луч зоны чувствительности датчика;
• движение нарушителя должно происходить в определенном интервале скоростей;
• чувствительность датчика должна быть достаточной для регистрации разницы температур поверхности тела нарушителя (с учетом влияния его одежды) и фона (стены, пол).

ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:

• оптической системы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму и вид пространственной зоны чувствительности;
• пироприемника, регистрирующего тепловое излучение человека;
• блока обработки сигналов пироприемника, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех естественного и искусственного происхождения.

Рис. 2. Внешний вид PIR извещателей

В зависимости от исполнения линзы Френеля пассивные оптико-электронные ИК-извещатели обладают различными геометрическими размерами контролируемого пространства и могут быть как с объемной зоной обнаружения, так и с поверхностной или линейной.

Дальность действия таких извещателей лежит в диапазоне от 5 до 20 м. Внешний вид этих извещателей представлен на рис. 2.

Перейти к разделу: 1.3.2. Оптическая система

Выбор и монтаж инфракрасного датчика движения

Инфракрасный датчик движения представляет собой одну из разновидностей техники автоматического управления осветительными приборами. Подобные устройства включают и, спустя определенное время, отключают светильник или прожектор при условии обнаружения движущегося объекта в рабочей зоне. А нерегулярное освещение в темное время суток позволяет сократить расходы на электроэнергию.

Подробнее о направлениях применения

Функция включения света исключительно по необходимости востребована в большей мере на охраняемых территориях, а значит, при организации системы безопасности обычно задействуют автоматические узлы управления освещением. Кроме того, параллельно с датчиком движения можно подключить приборы, выдающие звуковой сигнал (сирену), а также систему видеонаблюдения. Все эти меры целесообразно использовать как в помещении, так и за его пределами.

Различные виды приборов

Устройства автоматического включения света, которые используют внутри объекта, обычно устанавливают на участках, где люди находятся непостоянно: лестничные клетки и пролеты, кладовые помещения, санузлы, коридоры.

Датчики для внутреннего монтажа более чувствительны к перепадам температур, поэтому их не следует устанавливать на улице, для этого есть специальные устройства.

Еще одно направление применения – системы управления типа «умный дом».

Конструкционные особенности прибора

Прибор автоматического включения света характеризуется отсутствием излучения во время работы, как, например, ультразвуковой аналог. Поэтому его называют – пассивный датчик движения. Такая техника функционирует по принципу регулярного отслеживания инфракрасного излучения в рабочей зоне пироэлектрического датчика.

Определение движения объекта осуществляется посредством оптического элемента – линзы Френеля. При обнаружении в радиусе действия движущегося объекта достаточно крупных размеров пассивный датчик включения света генерирует несколько импульсов, на базе которых формируется сигнал для подачи на пироэлемент. Важным условием при этом является изменение интенсивности теплового излучения фона.

Точность работы подобной техники определяется типом пироэлемента, используемого в конструкции, а также количеством сегментов оптической системы. В последнее время стали популярными сдвоенные и счетверенные пироэлементы, что способствует повышению уровня чувствительности прибора для автоматического включения света и в результате приводит к полному исключению ложных срабатываний.

Еще необходимо проследить, чтобы пассивный ИК-датчик располагался в зоне, где отсутствуют стеклянные перегородки и посторонние объекты. Это обусловлено тем, что люстры, колонны, предметы мебели с высокими стенками, а также стекло являются непреодолимыми преградами для проникновения ИК-излучения.

Устройство ИК датчика

Инфракрасный датчик движения может настраиваться в соответствии с условиями эксплуатации. Зимой нередко требуется повышение уровня чувствительности, так как тепловое излучение объекта в холодное время года будет соответствовать фоновому уровню в рабочей зоне прибора автоматического включения света.

Обычно такая техника предполагает наличие возможности настройки временного интервала отключения. При этом пассивный датчик отключит осветительный прибор по прошествии заданного промежутка времени, который может варьироваться от нескольких секунд до 8-10 мин. в зависимости от модели.

Достоинства ИК-датчика

Пассивный прибор для автоматического включения света должен характеризоваться достаточным уровнем точности, простотой и удобством эксплуатации. Все это можно сказать об инфракрасном варианте конструкции.

Сравнительно высокую степень точности определения движущегося объекта в радиусе действия обеспечивает оптическая система, а также способность распознавать изменения интенсивности фонового теплового излучения.

Кроме того, пассивный прибор благодаря особенностям конструкции и функционирования характеризуется полной безопасностью во время работы. Это обусловлено отсутствием каких-либо излучений.

Например, если сравнивать подобную технику с ультразвуковым исполнением, который не следует использовать в помещении, где постоянно находятся животные, то пассивный датчик является более предпочтительным вариантом.

Как сделать правильный выбор

Устройства автоматического включения света в первую очередь подбираются на основании условий эксплуатации: где планируется установка (на потолке или стене), на улице или в помещении.

Существуют разнотипные по степени защиты варианты конструкций, поэтому при выборе нужно определить интенсивность загрязнения участка установки датчика, а также подверженность влаге. Еще один важный критерий – радиус предполагаемого действия прибора.

Например, если подключить пассивный датчик на территории, где множество преград (перегородки, предметы мебели и прочее), то качество его работы будет заметно ниже.

Далее, подбирается исполнение для автоматического включения света в соответствии с мощностью осветительных приборов. Нужно сначала определиться с тем, какое количество светильников или прожекторов планируется подключить, а также учесть общую мощность этих осветительных приборов.

На выбор влияет угол обзора модели. Данный параметр определяется типом крепления: на стене, к потолку. Последний вариант обеспечит более широкую область просмотра. Средняя стоимость подобной техники: от 300 до 600 руб.

Пассивный ИК-датчик подбирается также на основании собственных параметров:

• номинальное напряжение сети (220-230 В), что учитывается при подключении;
• мощность нагрузки может быть указана для разных типов источника света (ламп накаливания, люминесцентных исполнений);
• дальность обнаружения объекта при различных условиях эксплуатации, при этом обычно указываются разные диапазоны значений температур окружающей среды;
• рекомендуемое сечение проводов, что также важно, когда выполняется подключение прибора;
• климатическое исполнение.

Последний параметр из названных наряду с показателем степени защиты позволяет определить наиболее приемлемые условия эксплуатации для работы выбранного устройства.

Схема подключения

Принцип соединения проводов можно понять из инструкции к прибору. Классическая схема, описывающая подключение датчика движения к нагрузке, выглядит следующим образом:

Кроме того, существует вариант, позволяющий дополнительно установить выключатель. Схема в этом случае имеет несколько иной вид:

Можно встретить информацию о том, что датчики движения невозможно повредить, соединив провода неправильно. Это не так и в ситуации, когда подключение выполняется иначе, без оглядки на схему, прибор может сгореть при попытке подать нагрузку.

Особенности монтажа

Для установки в комплектации к датчику предусмотрен соответствующий крепеж. Схема выполнения этих и других работ обычно прилагается в инструкции.

Последовательность действий: подключение и монтаж на поверхность, может варьироваться в зависимости от модели прибора. Это обусловлено расположением клеммной колодки.

Наличие маркировки внутри короба датчика движения делает подключение более простой задачей.

Для работы потребуется трехжильный провод в соответствующей цветовой гамме, что также должно упростить работу: красный цвет – «нагрузка», синий – «ноль», коричневый – «фаза», желто-зеленый – «земля». Для соединений проводов используются клеммные зажимы или специального типа изолированные наконечники.

Если цвета изоляции проводов не соответствуют стандартным, то чтобы определить «фазу» или «ноль» рекомендуется задействовать индикатор. Работа производится при отключенной нагрузке.

Все дальнейшие действия по соединению должны выполняться в соответствии с выбранным вариантом (схема с выключателем или же без него).

 Таким образом, инфракрасный датчик движения представляет собой подходящее по многим параметрам исполнение, вне зависимости от того, какая схема подключения выбрана.

Приемлемая стоимость, достаточная эффективность функционирования при условии соблюдения рекомендаций по эксплуатации, полная безопасность во время работы – основные преимущества ИК-прибора включения света.

Довольно простая схема подключения позволяет выполнить все работы собственными силами.

Важно лишь располагать прибор в свободной от видимых преград зоне, так как любые сооружения или перегородки сужают радиус действия датчика движения.

(Пока оценок нет, будь первым)