Разновидности датчиков движения и области их применения

Датчик перемещения — устройство, сигнализирующее о передвижении объектов в поле его действия. Оно обеспечивает контроль за наблюдаемой площадью и запуск тех или иных автоматических сценариев при срабатывании — например, датчик движения для включения света. Такие сенсоры весьма распространены в сфере охраны, домашней и бизнес-автоматизации, их применение растет с каждым годом. Они встречаются как функционирующие в независимом режиме, так и в составе программно-аппаратных комплексов.

Виды датчиков

Любой сенсор движения функционирует за счет анализа поступивших на него извне определенных волн (радио, звуковых, тепловых и прочих). По принципам действия устройства делятся на:

• ультразвуковые;
• инфракрасные датчики движения;
• световые (фотоэлектрические);
• томографические (на радиоволнах);
• микроволновые, использующие излучение СВЧ.

Гаджеты могут либо просто воспринимать поступающие волны, либо генерировать их сами и анализировать отраженные. По этому принципу они делятся на активные устройства, пассивные и комбинированные. Комбинированный датчик движения обычно имеет совмещенную конструкцию с вынесенными отдельно излучающими и принимающими модулями.

Самые распространенные разновидности:

• PIR-датчики (пассивные инфракрасные). Это самый простой и недорогой вариант из присутствующих сегодня на рынке. Они составляют около половины общей массы сенсоров перемещения;
• активные — томографический тип, микроволновый датчик движения или ультразвуковой;
• комбинации ИК- и фотоэлектрических.

Производители предпочитают комбинировать в одной модели разные типы сенсоров. Это связано с неизбежными для такого класса приборов погрешностями и ложными срабатываниями. Для увеличения точности и снижения шансов на «ложную тревогу» разработчики объединяют в едином корпусе несколько технологий (например, ИК и ультразвуковую). Это уменьшает процент фейковых реакций, но взамен иногда снижает характеристики чувствительности. Такое загрубление способно приводить к несрабатыванию на реальное движение, которое следовало бы зарегистрировать.

По месту крепления датчики бывают:

• потолочные;
• настенные.

Уровни защиты

По месту установки приборы делятся на внешние, с наружным монтажом, и внутренние — для работы в помещениях.

Пригодность к тем или иным условиям определяется категорией защиты IP. Для верного выбора важно понимать, что такое IP степень защищенности.

Значения данной характеристики кодируются двумя цифрами: первая указывает на степень защищенности от пыли и попадания прочих твердых предметов, вторая — на защиту от влаги. Например, маркировка IP20 говорит о пригодности для монтажа в жилых помещениях и офисах. Защита от влаги отсутствует, а корпус предохраняет компоненты от предметов размером выше 12.5 мм. В ванной комнате такой прибор ставить нельзя.

IP44 — защита более серьезная:

• корпус предохраняет от частиц более 1 мм;
• обеспечена защищенность от водяных брызг.

Такой вариант лучше подойдет для ванных комнат, кухонь, гаражей и прочих влажных и загрязненных мест. Максимальная степень IP в этом классе оборудования — 65. Это уличный вариант, такие приборы способны работать вне помещений в любое время года, не боятся кратковременных воздействий прямых струй воды, защищены от пыли и температурных перепадов. Они часто используются как уличные датчики движения для освещения.

Критерии выбора

Чтобы не ошибиться в выборе датчика для автоматического включения приборов освещения потребуется немного вникнуть в технологию их функционирования и точно знать следующее:

Область применения

Область применения. Необходимо заранее определиться и выбрать где и как будет монтироваться прибор (на улице или в помещении), так как существуют влаго- и пылезащищенные варианты; а также различные по способу крепления: навесные, встраиваемые или на кронштейнах.Мощность осветительного прибора, к которому будет осуществляться подключение.

На рынке представлены датчики с рабочим напряжением от 200 Вт и выше. Например, к уличному прожектору потребуется дорогостоящий элемент с максимальным углом охвата сканируемой территории (180 – 360 градусов), а в подъезде, на лестнице можно установить самый экономичный вариант.Особенно важно обратить внимание на мощность, если планируется сочетать прибор с люминесцентной или энергосберегающей лампой. Перед покупкой обязательно производится расчет суммарной нагрузки. Если она будет превышать нагрузку, указанную в инструкции, нужно будет ставить промежуточное реле или распределять нагрузку между двумя устройствами.

Угол обзора

Угол обзора. Параметр изменяется в диапазоне от 20 градусов (такие устройства в основном используются для фиксации события вход/выход) до 360 градусов (сканируют территорию вокруг в заданном радиусе).

Тип лампы

Тип лампы. Допустимо использование датчиков практически с любыми лампами (светодиодные, накаливания, галогенные, энергосберегающие и др.) и осветительных приборов. Производители предлагают даже патроны и выключатели с встроенными датчиками движения, которые удобно использовать дома или в офисе.

Радиус действия освещения

Радиус действия. Характеризует максимальную дальность нахождения объекта от прибора, на которой движущийся объект может быть обнаружен. Для инфракрасных сенсоров такой радиус составляет около 12 метров, что вполне достаточно для большинства жилых помещений и коридоров.

Двухполюсные или трехполюсные

Двухполюсные или трехполюсные. Двухполюсные датчики используются только в сочетании с лампами накаливания. Их подсоединяют последовательно. Трехполюсные модели более универсальны и могут быть использованы с любыми видами ламп.

Рекомендуем Вам также более подробно ознакомиться с принципом работы светодиодных ламп.

Зона обнаружения не может охватывать помещение целиком, поэтому для грамотного ее планирования нужно определить место с заданными параметрами обзорности и установить прибор на высоту, рекомендованную производителем.

Датчик движения: как это работает

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

Инфракрасный

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

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

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

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

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

Ультразвуковые датчики

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

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

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

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

Радиоволновые

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

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

Фотоэлектрические

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

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

• испускающей световые волны;
• принимающей.

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

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

Сфера применения

Автоматическое управление освещением: в повседневной жизни, чаще всего сегодня применяют самые простые датчики движения для управления освещенностью определенного жизненного пространства или территории. Их рекомендуется использовать для управления освещением в гаражах, подвалах, в подъездах домов, придомовой территории, уличных фонарей.

Рекомендуется применять там, где у человека часто заняты руки или неудобно искать выключатель, а также во всех местах, где не требуется круглосуточное освещение. Здесь как раз приходит на помощь автоматика. Простой автоматический датчик, сам принимает решение о включении\выключении подключенного к нему осветительного устройства в нужное время и в нужном месте.

Современные системы охраны, например, на базе микроконтроллеров типа ARDUINO даже могут отправить вам SMS сообщение о факте срабатывания устройства на охраняемом объекте. Это существенно увеличит шансы на сохранность имущества и отпугнет потенциальных злоумышленников. Так, на звук придёт сторож и проверит объект, а SMS сообщение в виде звонка на мобильный телефон будет тому дополнительной гарантией.

Различные автоматизированные системы управления (АСУ): в производстве применяются также различные датчики движения. Такие устройства работают на конвейерах, элеваторах, весах и их задача обеспечивать технологический процесс производства, а в случае аварийных ситуаций выключать оборудование.

Особенности

Датчик движения почти никогда не используется «сам по себе». В автономном режиме он просто фиксирует возникновение изменений в подконтрольной области, поэтому должен передавать информацию об этом связанным устройствам или программному обеспечению. А они, в свою очередь, будут выполнять заданные пользователем действия:

• включать уличное или внутреннее освещение;
• запускать сигнал тревоги;
• рассылать оповещения и уведомления;
• активировать то или иное оборудование;
• менять параметры климатических установок и других сопряженных приборов.

Например, охранные датчики движения практически всегда включают в комплексные пультовые системы охраны. Специалисты в ходе установки настраивают подключение компонентов, а взаимодействуют последние через предоставляемый и конфигурируемый поставщиком услуг (частной или вневедомственной охраной) контроллер. А датчик для включения света, например, через центральный блок управляет освещением.

Если же пользователь занимается самостоятельной установкой и приобретает компоненты системы по отдельности, он также должен купить, установить и настроить соответствующий центральный контроллер. Как правило, вместе с таковым его поставщик предоставляет клиентам доступ ко специальному облачному сервису, где настраиваются связи между компонентами и сценарии их взаимодействия. Такого подхода придерживается, например, компания Xiaomi в своей экосистеме «умного дома».

Диаграмма направленности

Для максимальной эффективности прибора критически важно правильно его установить и сориентировать. Выше было указано, что существует потолочный и настенный вариант установки; само по себе это деление не означает, что потолочный сенсор нельзя поставить на стену, или наоборот, но эффективность и точность при этом может снижаться.

Кроме того, перед выбором конкретной модели следует оценить геометрию пространства, где будет эксплуатироваться гаджет, и четко определить запланированную зону обзору. Если этим пренебречь, устройство после установки может «не видеть» движение на нужном владельцу участке.

Для определения следует замерить желаемый угол обзора и дистанцию, на которой будет требоваться четкая детекция перемещения. Многие датчики снабжаются диаграммой направленности, которая помогает правильной ориентации устройства:

Здесь:

• светлая область — общая зона обзора;
• белый пунктир — область уверенного обнаружения.

Проверка, настройка и регулировка

Для проверки правильности подключения используется временная схема, подключить ее нужно, следуя инструкции в техническом паспорте изделия. Если прибор не срабатывает, значит, допущены ошибки при монтаже.

Сложные устройства можно проверить следующим образом:

• собрать временную схему подключения;
• установить регулятор освещения на максимум;
• установить таймер на минимум.

Если светодиодный индикатор загорается при движении объекта, прибор работает. Вместо индикатора может быть установлено реле, которое начнет щелкать при обнаружении движения.

После установки датчика необходимо выполнить его регулировку. Время срабатывания таймера можно установить от нескольких секунд до четверти часа. Регулировка чувствительности сенсора – сложный процесс, главная задача в котором – исключить срабатывание прибора на появление домашних животных.

Где используется

Как уже говорилось, основная сфера применения датчиков движения — домашняя автоматизация, создание систем контроля и наблюдения в зданиях, и охрана. С помощью таких сенсоров можно организовать:

• автоматизированное освещение через датчики движения для включения света и соответствующие контроллеры/переключатели;
• управление климатической системой по триггерам;
• распознавание неавторизованного доступа в помещения, и так далее.

Подобные приборы помогают экономить. Так, их включение в комплекс автоматического управления светом и кондиционированием снижает расходы компании или домовладельца на свет на 70%, а энергопотребление — до 40%.

Сенсоры перемещения применяются в:

• авиастроительной индустрии;
• оборонной промышленности;
• девелопменте;
• автомобилестроении;
• разработке потребительской электроники, и так далее.

Применение в охране

Если такой датчик включен в комплекс пультовой охраны, он при обнаружении движения включит сирену, а также отправит сигнал тревоги на пульт диспетчера. Получив его, охранная организация сможет выслать на место отряд быстрого реагирования.

Если устройство функционирует в составе домашней охраны, «умного дома» и подобных систем, оно сможет отправить владельцу уведомление по SMS, электронной почте или иными способами. Некоторые решения умеют даже выполнять звонки по одному или нескольким «доверенным» телефонным номерам.

Рекомендуем прочитать: система СКУД — что это такое, как она помогает повысить безопасность объекта при доступе к нему множества лиц.

Среди прочих возможных функций датчика:

• включение видеонаблюдения;
• блокировка замков в помещении;
• обесточивание техники;
• включение (или, наоборот, выключение) света;
• любая другая функция, которую позволяет реализовать конкретный набор оборудования и ПО.

Автоматизация освещения

Датчик может предназначаться для системы уличного или внутреннего освещения. В зависимости от местоположения он способен давать команды на выключение света и его включение, а также изменение уровня и цвета освещенности (с задержкой и без).

В общем случае сенсор отправляет сигнал на контроллер освещения, который выполняет дальнейшие действия согласно заложенным в него сценариям и программам, активирует выключатели и так далее. Но существуют и переключатели с уже встроенными чувствительными компонентами. Часто их применяют в качестве уличных датчиков движения для включения света. А если добавить в систему ещё и световой датчик включения света, то можно дополнительно сэкономить электроэнергию, так как свет не будет включаться днем, когда и так светло.

Распространены решения для управления «умными лампами» и светодиодными RGB лентами.

Климатические системы

Соответствующим образом настроенный климат-контроль по сигналу сенсора изменяет мощность, температуру и прочие параметры. Для этого:

• датчик передает контроллеру информацию про обнаруженное движение (а также его прекращение);
• центральный блок запускает последовательность команд, включая климат-контроль, выключая его или меняя режимы.

Например, если в холодное время от комнатного датчика придет сигнал, контроллер прикажет терморегуляторам отопления прибавить тепла, чтобы быстро создать комфортные условия. А при отсутствии перемещений в зоне действия летом прибор заставит кондиционер уменьшить мощность.

Как правильно подключить выключатель

Подключение датчиков движения технически работа не сложная, но специфическая, требующая опыта и особых знаний. Предпочтительнее всего обратиться за такой услугой к специалистам. При неправильной установке могут быть ложные срабатывания или блокировка срабатывания.

Основные моменты, которые нужно учитывать при монтаже:

• обеспечение зоны обнаружения;
• защита от внешних факторов, способных вызвать ложные срабатывания или блокировку срабатывания;
• подключение к электропроводке.

Установить своими руками

Подключают датчики движения при помощи клеммы. Обычно клеммы бывают на 3 вывода, реже – на 4.

Маркировка клеммы:

• L – фаза (для проводов коричневого или красного цвета);
• N – ноль (синий провод);
• L со штрихом или стрелочкой, или буква А – для осветительного прибора;
• РЕ – защитное заземление.

Цвета проводов могут отличаться от стандарта, поэтому самый надежный способ – определить фазу или ноль с помощью индикатора.

Схемы подключения

Существуют несколько основных схем подключения датчиков к освещению:

• последовательная;
• параллельная;
• на несколько датчиков движения;
• с использованием магнитного пускателя.

При последовательном подключении управление освещением полностью передается на датчик движения.

В случаях, когда необходимо включить свет надолго, и при этом объект не будет находиться в зоне обнаружения сенсора, параллельно датчику устанавливают выключатель. Примером такой необходимости может послужить применение датчика движения в гараже со смотровой ямой.

Находясь в яме, или занимаясь ремонтом под автомобилем, человек все также нуждается в освещении, но при этом его движения не улавливаются прибором. После окончания работы нужно вручную выключить свет выключателем, но он снова включится уже благодаря датчику движения и выключится после того, как объект выйдет из зоны обнаружения.

В длинных или больших помещениях возникает необходимость в установке нескольких датчиков движения и подключению их к освещению. В этих условиях датчики подключаются параллельно и от одной фазы. Срабатывание одного из сенсоров замыкает цепь и включает освещение во всем коридоре.

Использование магнитного пускателя обязательно при подключении к датчику движения нескольких мощных ламп или дополнительного электрического оборудования.

Проверка и настройка после установки

На датчиках движения, предназначенных для включения осветительных приборов, есть следующий набор регулируемых параметров:

1. LUX – освещенность внутри помещения или на улице, при которой начинает срабатывать датчик на включение осветительных приборов. При монтаже установите на максимум.
2. TIME – время, которое прибор продолжает освещать после того, как движущийся объект вышел из зоны обнаружения. Обычно устанавливают от 10 секунд и выше, если коридор достаточно длинный или открытие двери ключами происходит за перегородкой вне зоны обнаружения сенсором.
3. SENS – чувствительность прибора, параметр, влияющий на дальность обнаружения движения. Изначально устанавливается на максимум. Бывает необходим, если в зону обнаружения попадает движение-помеха, а переустановка датчика затруднительна. Примером может служить включение света на лестничной площадке из-за движущейся кабины лифта или мельтешащих веток за окном.
4. MIC – если на вашем датчике есть параметр шума, настройте его на минимум, чтобы исключить ложное срабатывание от детского крика или лая соседской собаки.

Где купить датчики

Приобрести датчики движения можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых светильников есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»

Схемы подключения

Для решения различных задач датчики движения подключаются по различным схемам. Наиболее простой вариант – прямое включение осветительного прибора, как показано на рисунке ниже.

Если вы допускаете возможность коммутации осветительного оборудования в обход датчика движения по личным надобностям, то лучше использовать схему с функцией шунтирования:

Как видите, здесь клавишный выключатель позволяет включить освещение даже без сигнала от сенсора. Для тех случаев, когда датчик движения должен срабатывать только в темное время суток, применяется схема с фотореле:

Если вы хотите, чтобы осветительное оборудование включалось от движения в нескольких зонах, тогда используется схема подключения одного светильника к двум и более датчикам:

Инфракрасные

Наиболее распространенные, дешевые и простые в использовании приборы. Принцип их действия основан на восприятии изменения теплового фона, в контролируемом помещении, пироэлектрическими сенсорами. ИК детекторы, фиксирующие движение при помощи оптической системы, именуемой линза Френеля. При движении теплого объекта линза фокусирует ИК излучение на разных участках пироэлектрического сенсора.