Датчик присутствия: описание, виды, схема, как сделать своими руками

Общее описание

Датчик присутствия в упрощенном виде представляет собой специальный волноискатель, который улавливает движения в помещении. Например, если человек попал в зону охвата, то есть в ту зону, на которую распространяется работа прибора, то он активирует систему. Она в свою очередь заставит заработать механизм — переключит его в иное состояние.

К примеру, если свет в помещении выключен, то движущийся объект заставит переключится механизм в активное состояние, то есть свет включится. Или же наоборот: если действий в определенно отведенное время движения в зоне охвата не присутствует, то сенсорная система перейдет в дезактивированный режим.

Сейчас датчики движения стали часто использовать в быту, а не только в офисах, производственных или правительственных зданиях для их охраны. Объясняется этот рядом плюсов:

включение света автоматическим образом убережет от получения травмы, если в помещении наблюдается беспорядок;
если в дом заберутся забраться грабители, то включение света, как, впрочем, и любая активность, отпугнет их.

Датчики выпускают проводными или беспроводными, меняется принцип их действия. Используется он не только для охраны, но и для открытия ворот, сигнализации и другого.

В отличии от датчика движения датчик присутствия основывается на принципе работы эффекта Доплера. Если заглянуть в физический справочник, то можно понять, что суть заключается в том, чтоб улавливать частоту и динамику распространения волны. Сенсор улавливает малейшее изменение и направляет ее в устройства программного контроля. Оно в свою очередь выполняет переключение, которое проявляется в виде включения света или звука. В датчики присутствия есть генератор и антенна, если сигнала нет, то приборы переходят в спящий режим, но мгновенно включаются при изменении.

Схема датчика присутствия (КП305, КТ315, КУ101)

Изображенная на рис. 2.7 электрическая схема, представляет собой чувствительную автономную сигнальную систему. Устройство реагирует в случае приближения человека (или любого другого объекта соответствующих габаритов) к антенне «А» на небольшое расстояние (0,5 м). Разумеется, датчик будет срабатывать (включать нагрузку в анодной цепи тиристора) и при непосредственном контакте с антенной.

Чувствительность схемы обеспечена применением во входном каскаде полевого транзистора КП305 (в небольших пределах чувствительность можно регулировать, изменяя режим работы полевого транзистора путем корректировки сопротивления резистора R3).

Датчик устройства используется для охраны входной двери. Напряжение питания— 4,5 В (три пальчиковых аккумулятора ААА), однако схема сохраняет работоспособность при падении напряжения до 2,7 В и увеличении напряжения до 5 В.

Не рекомендую читателям питать схему от стационарного, даже очень стабильного источника напряжения, так как она работоспособна только при автономном режиме питания. Необходимо уделить внимание подбору соответствующего реле К1 для того, чтобы устройство надежно срабатывало и при понижении напряжения. Ток, потребляемый схемой в ждущем режиме, крайне незначителен, составляет 5—8 мА, что обеспечит (установлено практикой) десятисуточный режим беспрерывной работы в режиме ожидания.

Рис. 2.7. Электрическая схема датчика присутствия

Датчик реагирует, когда кто-либо подходит слишком близко к антенне, касается дверной ручки или пытается открыть дверь ключом. Чувствительность настолько высока, что сигнализация сработает, даже если взломщик орудует в кожаных или резиновых перчатках. Реле будет включено до тех пор, пока кратковременным размыканием S1 не будет обесточена вся схема.

Компактно смонтированное устройство нужно подвесить на внутреннюю сторону двери ближе к дверной ручке или замку (защелке). Элементы схемы монтируются на небольшой монтажной или печатной плате: необходимо следить за тем, чтобы длина проводников и выводов элементов была минимальной (для уменьшения помех, приводящих к возможностям ложного срабатывания), а также обеспечить меры безопасности для полевого транзистора, исключив воздействие на него статического электричества.

Для этого следует заземлить жало маломощного паяльника, не будет лишним и применение антистатического заземленного браслета. Вместо К1 можно использовать зуммер от будильника типа «Слава» или аналогичного ему. В качестве Т1 применяется согласующий трансформатор СТ-1А, которым оснащались транзисторные портативные радиоприемники.

Устройство компактно в изготовлении, помещается в небольшой диэлектрический неэкранированный корпус размерами с мыльницу, за пределы корпуса выводится лишь антенна «А». В корпус размещены: монтажная плата, зуммер (реле), выключатель S1 и элементы питания. Антенна изготавливается из крепкой медной проволоки, которую, просунув в торце корпуса, припаивают к точке «А». Она представляет собой изогнутый в виде вопросительного знака (петли) кусок провода общей длиной 60—90 см. Конденсатор С2, при необходимости, нужно более точно подобрать для лучшего согласования с длиной и расположением антенны.

Практикой установлено, что система надежно работает в сочетании с деревянными дверьми и установленными на них металлическими токопроводящими замками и защелками. К сожалению, металлические двери экранируют и перегружают маломощный генератор, что исключает их оснащение датчиками присутствия. В качестве транзистора VT2 можно использовать любой маломощный транзистор п-р-п структуры.

Реле К1 на напряжение срабатывания, соответствующее напряжению питания схемы, например герконовое реле РЭС-55, обеспечивает стабильную коммутацию исполнительного устройства при относительно низких напряжениях. Исполнительное устройство (на которое подается питание с помощью контактов реле К1) на схеме не показано, однако подразумевается, что в его качестве радиолюбитель применит подходящую звуковую схему.

На полевом транзисторе VT1 собран высокочастотный генератор, частота которого будет изменяться в случае приближения к точке «А» любого крупного предмета, поглощающего ВЧ-излучение. Резистор R3 подключен параллельно обмотке обратной связи и регулирует чувствительность.

Как действует электрическая схема: в охранном (ждущем) режиме при подаче питания полевой транзистор в сочетании с возбуждающейся обмоткой Т1 генерирует ВЧ-колебания. Со вторичной обмотки Т1 (правая по схеме) колебания выпрямляются диодом VD1, и этот положительный потенциал удерживает транзистор VT2 постоянно открытым. Напряжение «коллектор-эмиттер» транзистора практически равно нулю. А это, в свою очередь, обеспечивает постоянно закрытое состояние тиристора VS1.

Антенна в виде металлической петли нагружает (в случае приближении объекта к антенне) высокочастотный генератор, его генерация срывается, в результате прекращается подача положительного открывающего напряжения на базу VT2, он закрывается, а тиристор, наоборот, открывается и включает реле (зуммер). Так как тиристор запитан от источника постоянного тока, он останется в открытом состоянии до тех пор, пока не разорвут питающую его цепь или не обесточат схему полностью.

Этот простой датчик отличают следующие достоинства: портативность, автономность, гальваническая развязка с сетью переменного тока, небольшие затраты на сборку и установку. Между тем польза от его применения очевидна, особенно в тех случаях, когда необходимо быстро и незаметно установить систему сигнализации.

Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.

Сферы применения

Оборудование применяется во многих областях, а не только для охранных систем. Универсальный прибор надежен и позволяет во многом сэкономить на других, ранее распространенных деталях, выполняющих аналогичные функции.

Жилые помещения

Основная сфера применения — система умный дом. Датчик присутствия позволяет оптимизировать расход электроэнергии. Когда она не нужна, то свет отключается.

Охранные системы

Охранный прибор убережет дом от взлома. Он мгновенно перейдет в активный режим, если появится активность, пусть даже минимальная.

Робототехника

Эта область не так распространена в бытовом плане. Но планируется постепенно внедрять в оборот роботизированную технику, которая будет работать на основе сверхчувствительного оборудования.

Разнообразные производственные процессы

Системы под контролером можно оптимизировать многие производственные процессы. Уже сейчас их можно встретить на административных и офисных сооружениях в крупных городах, на детских садиках и институтах, в гостиницах и спортивных площадках.

Системы видеонаблюдения

Позволяют включать и выключать свет, а также при использовании ночью снижают яркость, что экономит деньги.

Контроль расхода электрической энергии

Простейшие датчики, которые некоторые радиолюбители, которые даже изготавливают дома, способны контролировать расход энергии, то есть отключать ее, если в помещении никого нет.

Где используют

Датчики присутствия человека позволяют экономить энергию. При эксплуатации в помещении потребление электричества снижается на 40-55%. Освещение включается только при наличии объекта. В паре с детекторами движения устройства обеспечивают безопасность на производстве. Техника деактивирует станок или конвейер при возможности травмирования работника.

Датчики присутствия – обязательные элементы «умного дома». Оборудование функционирует не только со светом, но и управляет кондиционером или отоплением. Опции включаются в присутствии владельца и прекращают работать при выходе из зоны слежения. Многозадачность приборов контролирует температуру бассейна или предупреждает о постороннем на территории.

Система «умный дом» Источник datchikidoma.ru

Виды

Существует несколько классификаций приборов. При выборе и покупке следует обращать внимание на каждый из них, так как от этого зависит эффективность работы, многофункциональность и безопасность.

По принципу действия

Принцип действия — это способ регистрации изменений. Самые простые — звуковые, но для некоторых целей их мощности может быть недостаточно. Принцип их действия основан на то, что прибор срабатывает только в случае, когда объект издает звуки. Этот принцип заложен в простейшие выключатели, которые работают от хлопка. Понятно, что для охранной системы и робототехники такие вариант не подойдут. Вместо них используются более современные и удобные.

Ультразвуковой

Состоит из приемника и генератора сигналов. Функционирует на основе эффекта Доплера. То есть, когда происходит изменения частоты или длины волны, то на приемник поступает сигнал. Импортируется в устройстве сигнализаций и осветительных приборах.

Фотоэлектрический

Датчик фотоэлектрический работает за счет обнаружения неизменный интенсивности света. Это в свою очередь подкрепляется или воздействием предмета, или изменением формы, отражения, размера объекта. Есть современные фотоэлектрические приборы, способные считывать информацию вплоть до нескольких сот метров.

Емкостной

Емкостный предназначен непосредственно для получения и обработки излучений, но уже отраженных. Подходящий для охранной системы сигнализации, но может использоваться и в осветительных видах приборов.

Акустический

Срабатывают при обнаружении изменения длины звуковой волны. Включаются, если уровень шума превышает номинальный. Устанавливается норма самостоятельно пользователем.

Инфракрасный

ИК датчики популярны за счет эффективности и точности в сочетании с небольшой ценой. Этот механизм включаются при возникновении, смещении или устранении ИК волны на фотоэлементе.

Датчик нагрузки

Включается при достижении на определенную локацию нормативного веса. Например, устанавливается в прихожей входной двери. Человек заходит и свет включается автоматически.

Комбинированный

Плюс в том, что он снижает число ложных срабатываний и тем самым экономит ресурсы. Устанавливает две системы определения передвижения (сейчас могут быть любые, но обычно это акустика и инфракрасный или ИК и ультразвуковой). Свет появится только того, когда сигнал примут и обработают оба детектора.

По количеству блоков

Важная характеристика, которая определяет функционал устройства.

Однопозиционные

Одно позиционные варианты позволяют контролировать движения из одной точки. Это самый ненадежный вариант, но в ряду случаев его функционала достаточно.

Двухпозиционное

Вариант с двумя позициями показывает большую эффективность. Устройство контролирует происходящее из нескольких точек.

Многопозиционные

Наиболее универсальные. Походят для охранных систем, осуществляющих включение молниеносно.

По способу монтажа

По способу установки оборудование различается на встроенного типа и накладное. Первые фиксируются в стене или на поверхности при помощи специального отверстия. Накладные прибиваются при помощи дупелей. Уличные датчики важно закреплять максимально прочно.

По методу получения входящего

Метод получения сигнала — это разделение на инфракрасные, звуковые и другие виды. В зависимости от этой характеристики меняется параметр мощности. Современные устройства для дома рассчитаны на 1000-2000 Ватт.

По способу передачи исходящего сигнала

Исходящий сигнал определяет тип используемых ламп. Это могут быть лампы накаливания или галогенные, люминесцентные. Дальность реагирования, то есть передачи исходящего сигнала, для дома до 20 метров.

Виды датчиков присутствия

Датчики по способу определения движения в области действия разделяются на:

Ультразвуковые;
Микроволновые;
Инфракрасные;
Комбинированные.

Датчики присутствия, которые лишь воспринимают излучение, называют пассивными, а те, которые воспринимают и излучают сигнал – активными.

Отдельно нужно сказать об акустических или звуковых устройствах. Они дают сигнал на включение освещения, если уровень шума превышает заданный параметр. Их мы рассмотрим немного позже.

По принципу управления датчики можно разделить на:

Системы, которые позволяют регулировать время срабатывания, расстояние для обзора, степени чувствительности и освещенности;
Системы, где есть возможность принудительного включения освещения;
Автоматические.

Автоматические системы присутствия дают команду на включение освещения полностью автоматически при обнаружении перемещающихся предметов и его выключения при исчезновении объекта. Бывают случаи, когда человек, который находится в области видимости датчика, прекратил двигаться (присел на лавку либо просто стоит на одном месте). В данном случае также может быть выключение света датчиком. Чтобы не допустить этих ситуаций в схему соединения датчика включают обычный включатель, с помощью которого человек включает освещение в принудительном режиме.

У многих систем включения света есть возможность изменения показателей их работы. Регулировка устройств для включения освещения происходит при помощи потенциометров, регуляторы которых находятся на дне корпуса. Для регулировки доступны три показателя: время включения, степень чувствительности, а также освещенности.

Степень освещенности устанавливают на такое значение, чтобы устройство срабатывало лишь с наступлением сумерек, в дневное время активность датчика ни к чему.

Изменение степени чувствительности датчика требуется для его точной работы. Чем больше чувствительность устройства, тем чаще он начнет срабатывать на активность движения. Смысл настройки состоит в том, чтобы он реагировал лишь на появление в поле своей видимости человека.

Настройка времени включения требуется для того, чтобы устройство не выключалось спустя 15 секунд, после включения освещения. Показатель времени устанавливают на личное усмотрение – от 2 до 15 минут. Именно столько времени будет гореть освещение после его включения.

По месту установки и типу датчики можно разделить на:

Системы внутренней работы, которые бывают закрепленными на кронштейнах или встраиваемыми;
Системы наружной работы, которые также бывают накладные или встраиваемые.

Устройства для внутреннего пользования и на улице по конструкции почти не различаются, только что наружные датчики имеют более высокую защиту корпуса от внешних явлений. Внутри здания системы устанавливают на стенах или потолке. Потолочные устройства присутствия для включения освещения, как и настенный вариант, бывают накладными (в данном случае они закрепляются к поверхности дюбель-гвоздями или саморезами) или встраиваемыми (крепеж этого устройства происходит с помощью специально сделанного отверстия).

Зачастую датчики монтируются в натяжной или навесной потолок. Их способ крепежа, аналогичен способу крепежа точечных светильников. Снаружи, как правило, устанавливают накладные устройства.

Также датчики различаются:

Дальностью обзора – от 7 до 23-ти метров и дальше. Датчики движения для включения света с наибольшим обзором действия, как правило, крепят на улице, в больших помещениях или длинных прихожих. В небольших помещениях устанавливают системы, дальность действия которых находится в диапазоне 7-10 метров;
Мощностью нагрузки, она варьируется в районе от 7 до 2400 Вт. Различные модели устройств рассчитаны на определенную нагрузку. При их выборе предварительно рассчитывают мощность подключенного освещения и обязательно берут это во внимание. Если через время к датчику будут подсоединяться дополнительные приборы, то в схему добавляют или промежуточное реле, или дополнительный датчик. Если мощность подсоединяемых к датчику приборов освещения выше, нежели рассчитанная мощность, то могут выйти из строя выходы реле устройства. В данном случае он нуждается в замене;
Видом подключаемой нагрузки. Это возможны лампы: люминесцентные, накаливания, галогенные на 12 Вольт и галогенные на 220 В с подсоединением с помощью трансформатора;
Углом видимости устройства (45-360 гр.);
Уровнем защиты.

Датчики присутствия для включения света наружные или промышленные обязаны иметь защиту от пыли, повышенной температуры и влаги. Для устройств, которые монтируются внутри офисных административных, жилых объектов, достаточно устройств с минимальной степенью защиты от внешних воздействий.

Как сделать своими руками

Простейший датчик делается своими руками. Но не всегда затраты по времени и цене деталей оправданы.

Емкостной

Схема основана на понимании работы излучения. Прибор состоит из:

транзисторов;
резисторов;
пироэлектрического датчика;
микросхемы;
линзы Френеля.

Волны, которые выделяет объект, попадают на пиротехнический датчик. Он фиксирует их и передает на модуль управления. Тот формирует сигнал, который выдает необходимый функционал.

Тепловой

Самодельный датчик создан на основе пироэлектрического элемента. Он улавливает источник теплового излучения в зоне распространения и преобразует информацию в электрический сигнал. Обратите внимание, что устройство:

ставят вдали от радиаторов и обогревателей;
нельзя использовать в помещении с животными.

Прибор интегрируется в иные системы, например, осветительные или охранные.

Отличительные черты инфракрасных датчиков движения для включения света

Принцип работы инфракрасных датчиков движения для включения света состоит в изменении во время передвижения объекта теплового излучения. Любое живое существо или другой объект, например, автомобиль, излучает тепловые или инфракрасные лучи, улавливаемые системой зеркал или линз, которых насчитывается 20-60 шт. Проходя через данную систему, лучи попадают на сенсор.

В корпусе устройства располагаются два датчика, которые осуществляют контроль температуры в разных местах. Когда в зоне действия прибора любые движения отсутствуют, сигналы одинаковые. В момент передвижения нагретого тела сигналы отличаются, вследствие чего прибор срабатывает.

Порог максимальной чувствительности устройства достигается в момент передвижения объекта вдоль датчика, слева направо или наоборот. Данную особенность следует учитывать во избежание возникновения «мертвых» зон.

Среди достоинств инфракрасного датчика движения на свет можно выделить точную регулировку зоны контроля. Прибор не реагирует на сквозняк в помещении и на качающиеся деревья на улице. Во время работы устройство ничего не излучает, поэтому не доставляет дискомфорта и не оказывает вреда здоровью человека и животного.

Инфракрасные датчики работают по принципу, который состоит в изменении во время передвижения объекта теплового излучения.

Однако датчик может срабатывать на движение теплого воздуха от радиатора или кондиционера. Прибор восприимчив к воздействию атмосферных осадков и ультрафиолетовых лучей, нарушающих точность его работы на улице. Он не может эффективно работать не только при высоких температурах окружающей среды, поскольку такое излучение сливается с тепловыми импульсами, исходящими от человека и животного, но и при низких, что способствует охлаждению одежды и кожи, вызывая слабое излучение.

Обратите внимание! Такой датчик можно обмануть, спрятавшись за экраном или надев костюм, не пропускающий тепловых лучей.

Производители

Theben AG

Немецкая компания существует с 1921 года. Поставляет высококачественные датчики, которые вписываются в интерьер любого помещения. Занимается разработкой инновационных продуктов.

OMRON

Это крупная японская корпорация, извечный мировой производитель электроники. Компании равняются на этого лидера в производстве средств автоматизации.

PD 360/8 Basic

Современный датчик присутствия с полным охватом территории (360 градусов). Он монтируется легко на потолок и стал поистине универсальным.

ESYLUX

Фирма занимается прямыми поставками осветительного оборудования и датчиков. Специализируется на изготовлении универсальных и практичных приборов, которые будут удобны любому россиянину вне зависимости от его финансового состояния.

Достоинства и недостатки

Основная причина, она же является главным достоинством, для подключения к сети сумеречного датчика заключается в экономии электроэнергии, потребляемой осветительными приборами. Особенно это актуально для уличного освещения вне зависимости от масштабности.

Фотореле для уличного фонаря

Также к положительным моментам относятся:

Автоматизация управления осветительными приборами.
Повышение уровня безопасности. Освещаемая площадка для воров менее привлекательна.
Возможность отказаться от услуг электрика. Простотой монтаж доступен для начинающего мастера.

Модельный ряд сенсоров дополняют датчиками движения, программируемыми настройками, регуляторами. Затраченные средства на приборы в результате быстро окупаются за счет экономичного расхода электроэнергии.

Важно! Для большинства моделей сенсоров освещения свойственна слабая герметичность корпуса. Внутрь проникает пыль и влага

Это приводит к окислению контактов и порче проводов или самого датчика. Выходом могут быть периодическое удаление загрязнений и выбор корпуса с классом защищенности IP 44 и более.

Класс защищенности

У простых датчиков есть свой минус. Он заключается в том, что свет горит даже тогда, когда он не нужен. То есть электроэнергия тратится зря. Решением вопроса, более дешевым вариантом будет установка датчика движения.

Способы практического применения

Часть датчиков интегрируются в охранные и осветительные системы, другая работает самостоятельно. Использование прибора позволяет оптимизировать производственный процесс и контролировать расход ресурсов. С их помощью осуществляется диммирование — при ненужности яркого освежения они снижают яркость света. Оптимально в комплексе с датчиком объема.

Устройство и принцип действия

Датчик звука для автоматического включения света представляет собой микросхему, главные компоненты которой — аудиоприемник, усилитель, электрореле и контроллер. Работает устройство по следующему принципу:

В помещении, где установлен звуковой детектор, раздается звук (шаги, голос, хлопок).
Аудиоприемник фиксирует акустическую волну.
Возникающий сигнал проходит через анализатор.
Далее посылается команда на замыкание электрореле.
Электрический ток начинает поступать на лампочку — свет зажигается.
Одновременно с этим подключается таймер на размыкание цепи (в зависимости от заданных пользователем настроек — от нескольких секунд до десятков минут).
Пока свет горит, звуковой датчик фактически находится в отключённом состоянии и никак не влияет на работу системы подсветки.

Современные детекторы рассматриваемого типа обладают достаточно большой чувствительностью. Поэтому чтобы исключить ложное срабатывание в конкретном месте применения, необходимо выполнить правильную настройку по данному параметру.

Для этой цели на корпусе прибора есть два регулятора. Один из них устанавливает порог воспринимаемого звука. Другой программирует время работы светильника после включения. Как правило, предела в 50 дБ (что соответствует хлопку в ладоши) вполне хватает внутри помещения.

Устройство

Оптические датчики состоят из приемника и источника излучения. Это основные компоненты, которые включают в себя еще ряд частей. Источник может быть установлен в одном корпусе или разных.

Источник или излучатель состоит из 6 частей:

Корпус, куда помещают все детали. Он служит в качестве защиты от различных видов повреждений. Для изготовления используют латунь или полиамид и метизы.
Генератор предназначен для образования электрических импульсов, которые переходят на излучатель.
Излучатель — это небольшой светодиодный механизм, с помощью которого создаётся излучением в нужном диапазоне света.
Система оптики направляет луч в нужном направлении.
Индикатор показывает готовность прибора к работе.

Приемник оптического датчика состоит из 7 компонентов:

Оптика для приема луча и направления его к преобразователю.
Преобразователь служит для трансформации полученного излучения в электрический сигнал.
Усилитель предназначен для увеличения получаемого сигнала до предельного значения, в котором работает аппарат.
Пороговый элемент — регулятор крутизны фронта сигнала переключения.
Электронный ключ — коммутация тока и защита от коротких замыканий и перегрузок.
Индикатор цвета показывает заданные характеристики прибора.
Регулятор чувствительности нужен для настройки датчика.

Цветовой индикатор показывает несколько состояний прибора:

Если сигнал отсутствует, то индикатор не горит.
Если сигнал поступает на необходимом уровне и прибор активируется, то индикатор загорается зеленым.
Когда уровень сигнала продолжает расти, индикатор становится жёлтым, но может перейти на красный цвет.

Выбирая подходящий датчик для конкретных условий, можно столкнуться всего с двумя типами конструкции, если не рассматривать приборы специального назначения, к примеру, щелевые. В остальных случаях бывают варианты с цилиндрическим или прямоугольным корпусом. И это единственное различие в конструкции.