Инфракрасные датчики движения - виды, как выбрать, плюсы и минусы моделей

Последнее обновление 10 марта 2021

Датчик движения – это чувствительный прибор, который регистрирует перемещение в комнате живых (и не только) объектов, после чего даёт сигнал на соответствующее оборудование. Одними из первых датчики движения появились в системах охранной сигнализации – там они помогали установить проникновение постороннего в помещение или на территорию, а затем включали оповещение. Сегодня сфера применения этих устройств значительно расширилась и стала активно применяться в частном жилье в самых мирных целях. Особенно активно внедрение датчиков движения наблюдается в системах «умного дома».

Виды датчиков движения

Есть множество классификаций регистрирующих движение приборов, но главным остаётся принцип градации по типу устройства. Для того, чтобы почувствовать движение, прибору нужно зарегистрировать изменение определённых параметров. Реализовано это может быть различными способами – с помощью микроволн, ультразвуковых колебаний и других физических явлений. Такие датчики являются активными – они постоянно испускают поток излучений, а после появления движущегося тела регистрируют отражения волновых колебаний.

Мнение эксперта

Яковлев Алексей Сергеевич

Электрик с 20 летним стажем и богатым опытом

В жилых помещениях, в том числе для интеграции с системой «Умный дом», чаще всего применяются инфракрасные датчики. Они имеют целый ряд достоинств, которые делают их оптимальными для исполнения задач.

Неисправности

Неправильно настроена пороговая освещенность срабатывания.	Провести настройку при помощи регулятора.
Окно датчика не отслеживает перемещения.	Устранить преграды перед датчиком. Разместить прибор таким образом, чтобы перемещение людей происходило перпендикулярно линзе датчика.
Датчик ложно срабатывает.	Увеличить расстояния между датчиками. Перенести ИК-детектор в то место, где на него не будут попадать прямые солнечные лучи и влиять тепловые излучения от отопительных приборов.

Принцип действия инфракрасного датчика движения

Тепло, излучаемое живыми существами, – это излучение в инфракрасном спектре. Учитывая, что теплокровные животные имеют температуру тела от 30 до 40°С, сила этих лучей довольно велика и может быть зарегистрирована чувствительной аппаратурой. Внутри инфракрасного датчика обычно находится система линз (в более дешёвых – одна сегментная), которые концентрируют тепловое излучение на специальном элементе – пиродетекторе.

При превышении определённого порога (обычно он выставляется при монтаже и во многом обусловлен чувствительностью прибора) пироэлектрический элемент срабатывает и посылает сигнал на сопряжённые устройства.

На заметку. Тепло выделяют не только живые существа, но и кондиционер, работающий на обогрев, и система тёплого пола. Поэтому датчики движения проектируют таким образом, чтобы они срабатывали на скачкообразное изменение – то есть, появление в поле видимости человека. Правда, если солнце в окне «стрельнёт» лучами в линзу инфракрасного сенсора, устройство сработает. Именно поэтому его не размещают напротив окна и вешают всегда под потолком.

Устройство и конструкция инфракрасного датчика

Устройство датчика движения
Конструкция большинства устройств от разных производителей уникальна. Однако общая схема обязательно включает несколько элементов.

Оптическая система

Чаще всего это линза Френеля. Она представляет собой совокупность призматических фасеток – микролинз, закрепленных на выпуклую пластинку – цилиндр. Каждая линза фиксирует ИК-излучение на своем участке и передает данные на пирочувствительный элемент. Таким образом создается определенная конфигурация теплового объекта. Если последний не перемещается, она не изменяется. Но если объект движется, тот же ИК-поток при перемещении попадает уже на следующую микролинзу, и конфигурация изменяется. То есть, на пироприемник свет то падает, то нет. Это и есть условие срабатывания датчика: устройство реагирует на перемещение человека в поле действия.

Чем больше сегментов в линзе и чем выше их чувствительность, тем точнее работает ИК-датчик.

Если человек в зоне работы датчика перемещается медленно, устройство может не сработать, так как рассматривает колебания ИК-потока как случайные изменения фона.

Пирочувствительные элементы

Сигнал с линзы идет на пироэлемент – преобразователь на полупроводниках. Он включает 2 сенсора, каждый из них получает сигнал от своей линзы. Если поток на обоих элементах одинаков – сенсор бездействует, если сигнал разный – срабатывает.

В современных моделях используют счетверенные сенсоры, обслуживающие 4 линзы. Они точнее отфильтровывают случайные световые помехи и исключают ложные срабатывания.

Обрабатывающий модуль

Блок обработки воспринимает информацию со всех пироэлементов и анализирует. Его задача – отделить данные о перемещающемся тепловом объекте от помех: движения воздуха, солнечных лучей, конвекции, возникающей при работе кондиционера или обогревателя, вибрации. Датчик должен срабатывать только на появление человека, а не на животных, что требует дополнительной настройки.

Обрабатывающий модуль оценивает форму и длительность сигнала, его амплитуду. Обычные помехи вызывают несимметричные двухполярные импульсы, нарушитель – симметричные. Если характер сигнала совпадает с пороговым значением, датчик срабатывает и подает импульс на управляющую панель. Последний обрабатывается аналоговыми или цифровыми устройствами и активирует какую-либо программу: включить свет, увеличить интенсивность, включить сирену.

В современных моделях датчик дополнительно измеряет длительность сигнала, количество превышений порога. Это позволяет снизить число ложных срабатываний и зафиксировать объект при медленной скорости движения.

В чём преимущества инфракрасного датчика

Прибор, регистрирующий движение по тепловому излучению, имеет весомые плюсы и минусы:

Плюсы

Малое потребление тока. В отличие от активных датчиков, которые испускают ультразвук или микроволны, инфракрасный сенсор относится к семейству пассивных датчиков, расход электроэнергии очень мал, что позволяет монтировать его автономно, с питанием от аккумулятора.

Нет ложных срабатываний на другие движущиеся объекты, кроме теплокровных (например, робот-пылесос, колышущаяся штора у окна).

Легко может быть включён в связку со шлюзом (хабом) «умного дома» либо же напрямую подсоединён к прибору освещения посредством электромагнитного реле.

Минусы

Не слишком большая зона охвата (обычно до 10 метров).

Сбои в срабатывании при слишком высоких или низких температурах.

Но именно эти недостатки малосущественны в условиях комнатного использования, ведь в квартире и доме не стоит мороз, а люди не ходят в шубах. Что касается зоны охвата, то она всегда ограничена габаритами помещения.

Данные особенности позволяют рассматривать инфракрасные датчики как оптимальный инструмент для автоматизации сценариев «умного дома».

Сфера применения инфракрасного датчика

Сфера применения
Регистраторы движения используют для организации систем освещения и охраны. Монтаж допускается как внутри постройки, так и снаружи:

в офисных, публичных и частных зданиях;
на лестничных клетках многоквартирных домов и в подъездах;
в помещениях любого типа;
на складах;
на любой охраняемой территории с ограниченной площадью.

Приборы, предназначенные для работы в тяжелых погодных условиях, оснащаются дополнительными защитными устройствами.

Область применения

Датчик движения – универсальный прибор, который можно использовать в самых разных бытовых сферах. Промышленное применение таких устройств ещё более широко, однако это отдельная тема.

Автоматизация домашнего освещения

Наиболее частый сценарий, используемый в жилых помещениях – квартирах и домах. При срабатывании детектора движения датчик посылает сигнал контроллеру, а тот включает освещение в соответствующей комнате. Это может быть как местный, так и общий свет, а также всевозможные дополнительные источники: светодиодные ленты, подсветка прикроватной зоны и другое.

Применение датчиков освещения для автоматизации включения и отключения света в комнатах позволяет экономить на электричестве до 40% денежных средств.

Вместе с установкой инфракрасных сенсоров удаётся разрешить ситуацию, когда хозяева выходят из комнаты, забывая выключить в ней свет.

Охранные функции

Подобное использование тепловой воспринимающей аппаратуры было первым, и оно продолжает давать хорошие результаты. С помощью датчика движения можно:

Организовать отправку push-сообщения на смартфон владельца (функция активируется в моменты ухода из квартиры).
Запрограммировать включение сигнализации, в том числе отправку тревожного сигнала на пост охраны.
Просмотреть время прихода членов семьи в разделе «лог», где ведётся история срабатываний датчика.

Управление климатической техникой

Такая связка применяется реже, чем с освещением, однако также имеет место быть. По сигналу датчика могут быть включены устройства, поддерживающие параметры холода и тепла в квартире: батареи или система тёплого пола, кондиционер, вентилятор, увлажнитель и другие приборы. Таким образом, максимальный расход энергии происходит лишь в нужное время, а не постоянно.

Стоит отметить, что широкому применению инфракрасных датчиков движения в области домашнего климата мешает явление тепловой инерции. Для того, чтобы полноценно прогреть комнату, необходимо время – и делать это нужно заранее, перед входом в неё. Как следствие, комфортная температура достигается не сразу, а тогда, когда это часто не нужно – человек уходит в другое место.

Использование

В основном инфракрасные датчики движения используются на следующих направлениях:

защита от проникновения;
автоматизация света;
автоматизация климата.

Защита от проникновения

В ночное время суток ИКДД эффективно «выявляют» лиц, незаконно проникающих на частную территорию, в жилые помещения, склады и пр. Одновременно могут включиться сирена и яркое освещение объекта. Также к системе оповещения можно подключить видеорегистратор. Для охвата больших площадей устанавливают несколько ДД.

Автоматизация света

Автоматическое включение света в помещениях при появлении людей исключает траты электроэнергии во время их отсутствия. В тёмных местах на улице, где наблюдаются редкие прохожие, датчики включают свет на время пересечения людьми этих участков. Тем самым достигается экономия электричества, которые было бы потрачено на бесполезное освещение.

ИК датчик с беспроводной сигнализацией (звонком)

Автоматизация климата

В вопросе автоматизации температурного режима в домах и квартирах ИК детекторы играют важную роль. Они подают команды в блоки управления кондиционерами, тёплыми полами и прочего оборудования в зависимости от присутствия или отсутствия людей в подконтрольном пространстве.

Многофункциональность ИК датчиков движения привлекает большое количество потенциальных покупателей. Простота монтажа и эксплуатации, долговечность и невысокая стоимость приборов – всё это делает их самыми популярными устройствами на рынке электротехники.

Критерии выбора инфракрасного датчика движения

Все устройства, которые есть на рынке, весьма похожи друг на друга, однако и у них есть достаточно отличий, которые будут серьёзно влиять на практику их применения в системе «умный дом».

Питание

Все датчики делятся на проводные и беспроводные. Первые получают питание по кабелю, вторым для питания нужен аккумулятор или даже обычная батарейка, которой тоже хватает надолго в силу малого энергопотребления.

На заметку. В бытовых беспроводных датчиках для системы «умный дом» чаще всего применяется литиевая батарея CR2032. Её хватает в среднем на полтора-два года.

У каждого вида есть свои преимущества: проводные устройства действуют от постоянной электросети, зато беспроводные легче размещать – не нужно прокладывать слаботочный кабель.

Передача данных

Здесь всё снова упирается в провода. Датчики могут соединяться со шлюзом напрямую, через систему кабелей, скрытых за натяжными потолками, плинтусами или в штробах. Беспроводные устройства соединяются с хабом по Wi-Fi или Bluetooth. Например, в системе Aqara используется специальный протокол Zigbee.

Угол обзора

Обычно он зависит от местоположения датчика. Устройства, которые крепятся на стену, охватывают обычно 150 – 180°. Если говорить о потолочном датчике, то он имеет круговой обзор и регистрирует любое движение в комнате в радиусе действия.

Радиус действия

То есть дальность действия устройства. У бытовых инфракрасных датчиков она редко превышает 7 – 9 метров. Впрочем, больше обычно и не нужно. Для установки на улице стоит выбрать более мощные и чувствительные модели с дальностью действия до 15 м.

Особенности размещения

Чаще всего датчики располагают либо на стенах (или любых других вертикальных поверхностях), либо на потолке. Первые модели имеют полусферу линзы в передней части, вторые – снизу. Иногда датчики размещают в углу, чтобы добиться оптимального охвата.

Некоторые модели поставляются с ножкой в комплекте. Данная конфигурация делает возможным оба варианта размещения.

Оснащение фотоэлементом

Благодаря дополнительному фото-датчику прибор распознаёт степень освещённости и не включает свет днём, когда это не требуется.

Что такое ИК-излучение

Прежде чем поговорить об инфракрасных светодиодах, разберемся, что такое инфракрасное (ИК) излучение. Взглянем на упрощенную таблицу спектра электромагнитного излучения.

Начинается она с ультрафиолета, с понижением частоты переходит сначала в видимый свет – от фиолетового до красного, затем в инфракрасное излучение и заканчивается обычными радиоволнами, которые мы используем в радиосвязи. Участок, обозначенный как видимый спектр, так называется потому, что наш глаз его видит. Все остальные диапазоны, к которым относится и ИК-излучение, невидимы.

Чем же так примечателен инфракрасный диапазон? Во-первых, он полностью безвреден для людей и животных. И, во-вторых, он абсолютно не заметен для человеческого глаза, но заметен для электронных систем регистрации – от фотоприемников до обычных видеокамер. Именно поэтому ИК-светодиоды нашли такое широкое применение как в быту, так и на производстве.

Важно. Ультрафиолетовый спектр тоже не виден, но, в отличие от ИК-излучения, он оказывает существенное влияние на организм человека: из-за него можно легко испортить зрение и получить серьезные ожоги кожи

Дополнительно инфракрасный диапазон делится на три поддиапазона:

Ближний – 0.74…2.5 мкм.
Средний – 2.5…50 мкм.
Дальний – 50…2 000 мкм.

Когда применяются ИКДД

Прибор в первую очередь предназначен для фиксации движения людей. Перемещения объекта в зоне обзора инфракрасного датчика движения (ИКДД) замечают фотоэлементы головки прибора. Сигнал подаётся в электронный блок управления, который, в свою очередь, через реле включает то или иное устройство.

Датчики движения эксплуатируются, преследуя различные цели в определённых условиях. ДД различаются по назначению:

охранные системы;
управление освещением;
система «Умный дом».

Охранные системы

Проблема охраны придомовых территорий и помещений в зданиях и сооружениях во многом решается за счёт установки ИКДД. Контрольные устройства работают совместно с системой видеонаблюдения, звуковой сигнализацией.

В отсутствии хозяина детектор движения, установленный в салоне автомобиля, при приближении человека к машине включает камеру видеорегистратора. Если произошло воровство, водитель потом может увидеть, кто это сделал.

Управление освещением

Установленные датчики в доме или квартире могут существенно сэкономить затраты на оплату электроэнергии. Подсоединенные к приборам освещения в доме или на улице инфракрасные датчики мгновенно включают свет при появлении человека в зоне охвата ИК детекторов.

ИКДД, управляющие освещением, имеют три опции настроек, это:

освещённость;
чувствительность;
время задержки.

Освещённость

Реакцию прибора на степень освещённости зоны контроля регулируют винтом «LUX». В зависимости от места установки регулятор поворачивают в определённую позицию. В закрытых помещениях от наружного света шлиц винт ставят напротив о. Если прибор должен срабатывать при наступлении сумерек, то положение регулятора фиксируют опытным путём.

Чувствительность

Винтом «Sens» добиваются реакции ИКДД на определённый объём движущегося объекта. Особенно это нужно для уличных приборов, чтобы они не реагировали на мелких животных.

Время задержки

Время задержки регулируют поворотом винта «Time». Это даёт возможность работать освещению некоторое время после прекращения какого-либо движения в поле обзора ДД. Временной промежуток устанавливают в пределах от 5 секунд до 10 минут.

Важно! Универсальность применения ДД позволяет создавать комбинированные схемы охраны различных объектов. Датчики устанавливают на огородах и в полях, гаражах и мастерских, складских помещениях и т.д. ИК датчик может производить одновременное включение света, сирены, видеокамеры и передать по беспроводной связи информацию на смартфон.

Система «Умный дом»

Операционная система «Умный дом» приобретает всё большую популярность у населения страны. Управляющий комплекс может устанавливать режимы работы различных домашних устройств и оборудования. Датчики движения являются неотъемлемой частью этой системы.

Инфракрасные детекторы при появлении хозяев в жилище передают сигналы в операционную систему, которая может включить тёплые полы, вентиляцию, открыть шторы на окнах и многое другое. Управлять «Умным домом» можно дистанционно с помощью мобильного телефона.

Вопрос-ответ

Будет ли датчик реагировать на домашних животных?

На мелких – нет, а на крупных, свыше 20 кг – да. Чтобы этого не происходило, стоит уменьшить чувствительность.

Чем датчик движения отличается от датчика присутствия?

Датчиков присутствия как таковых нет – это просто маркетинговое название чувствительных инфракрасных устройств. Они считывают даже малейшее движение, создавая иллюзия распознания присутствия.

Как сделать, чтобы свет после включения от датчика долго не горел, например, на лестнице?

Для этого необходимо выставить меньшую задержку – к примеру, полминуты – этого вполне хватит, чтобы подняться.

Принцип действия

Принцип действия датчика движения не один единственный, так как существует множество детекторов движения, действующих по различным физическим принципам. Например, перейдя по ссылке, можно подробнее узнать принцип работы микроволнового датчика движения. Рассматриваться же в данной статье будет только один из разновидностей — инфракрасный. Функционирование пироприемника (теплового сенсора) построено на взаимосвязи двух чувствительных полупроводниковых элементов. Когда в поле зрения одного попадает движущийся источник тепла, потом покидает его и возникает на другом — датчик подает сигнал срабатывания. Чтобы увеличить охват площади действия, а не воспринимать только объекты, непосредственно находящиеся возле сенсора, в устройствах, определяющих движение, используется специальная поляризационная линза, размещенная перед самим чувствительным элементом.

Выпускаются как пассивные, так и активные инфракрасные детекторы. Первые воспринимают внутренне тепло движущегося объекта, вторые оснащены специальной подсветкой рабочей области и улавливают отраженные невидимые лучи спектра.

Рекомендуем к прочтению: схема подключения датчика движения с использованием двух или трех проводов, совместно с выключателями.