Датчик движения: что это такое и как работает

Датчик движения: что это такое и как работает?

Главная страница » Датчик движения: что это такое и как работает?

Электронный датчик движения что такое? Ответ очевиден – чувствительный прибор, как правило, из класса устройств систем безопасности. Правда, есть также конструкции, предназначенные, к примеру, для управления источниками освещения и другими устройствами. Работа датчика движения строится по принципу генерации сигнала в случае обнаружения какого-либо движения в границах контролируемой зоны. Приборы делаются на базе разных технологий. Применение таких чувствительных сенсоров становится всё более востребованным и не только в хозяйственно-промышленной сфере, но также в сфере бытовой. Рассмотрим, какие выпускаются устройства, а также примеры использования.

Основные разновидности

Существует несколько типов датчиков, которые реагируют на движение объекта. Они работают на разных технических принципах, но выполняют одну и ту же задачу. Фиксируя движущийся объект, электронная схема устройства включает реле, к контактам которого может быть подключено любое внешнее устройство.

Существуют следующие типы детекторов движения:

  • Инфракрасный датчик;
  • Ультразвуковой датчик;
  • Радиоволновый датчик.

В инфракрасном датчике применён PIR сенсор, который реагирует на тепловое излучение объекта. Датчики такого типа отличаются невысокой стоимостью, надёжностью и используются как в охранных системах, так и для управления освещением и другими бытовыми приборами.

Ультразвуковые датчики излучают сигнал на частоте свыше 30 кГц и работают как акустический локатор. Датчики, работающие на этом принципе, имеют ограниченный радиус действия из-за затухания сигнала, кроме того их работа беспокоит домашних животных. Помимо всего прочего их нельзя использовать на улице из-за большого числа перемещающихся объектов.

Радиоволновые датчики так же работают как локатор, но вместо звуковых волн они излучают микроволны СВЧ диапазона. Микроволновое излучение небезопасно для человека и стоимость радиоволновых датчиков несколько выше, чем у других систем.

Для использования на особо важных объектах применяются комбинированные датчики, включающие в себя инфракрасный детектор и радиоволновый датчик, расположенные в общем корпусе, и работающие параллельно.

В бытовых охранных сигнализациях и для управления электрическими приборами, самое широкое распространение получили инфракрасные датчики. Они обладают широкой зоной захвата, хорошей дальностью и абсолютно безопасны для человека.

Существуют инновационные перспективные разработки с применением полупроводниковых лазеров, но пока такие устройства дороги и имеют ограниченную сферу применения.

Инфракрасный датчик

Принцип работы теплового датчика движения основан на определении температуры объекта, которая отличается от температуры окружающей среды. Инфракрасное или тепловое излучение фокусируется специальной оптической системой и направляется на чувствительный полупроводниковый элемент, который называется PIR-сенсор.

Для того чтобы датчик не реагировал на нагретые, но неподвижные объекты типа радиаторов отопления, линзы разбивают зону чувствительности датчика на несколько отдельных лучей. В горизонтальной плоскости, диаграмма чувствительности инфракрасного датчика больше всего напоминает развёрнутый веер. Датчик сработает в том случае, если объект последовательно пересечёт несколько лучей. За подсчёт числа импульсов отвечает микроконтроллер устройства.

Тепловое излучение объекта вызывает изменение электрического потенциала PIR-сенсора. Схема сравнения или компаратор фиксирует разницу между температурой окружающей среды и температурой объекта. Эта разница обрабатывается по определённому алгоритму и в конечном итоге вызывает срабатывание реле, включающего сигнал тревоги.

Таким образом, для срабатывания инфракрасного детектора движения необходимо соблюдение двух условий:

  • Объект должен испускать тепловое излучение
  • Объект должен перемещаться

Одним из важных параметров, влияющих на работу тепловых датчиков, является скорость движения физического тела. Передвижение с очень малой скоростью может не зафиксироваться, как нарушение контролируемой зоны.

Тепловые охранные устройства имеют две основные модификации:

  • Объёмный датчик
  • Поверхностный датчик.

Модификация определяется конфигурацией зоны обнаружения. Эта зона у объёмного датчика по вертикали и горизонтали имеет форму лепестка, который расширяется на протяжении 10-15 метров от датчика. Поверхностный датчик (штора) образует узкую по горизонтали и широкую по вертикали зону захвата. Датчики, использующие регистрацию теплового излучения от объекта, называются пассивными датчиками.

Примером объёмного датчика может служить охранный извещатель «Фотон-9» (ИО409-8) с углом обзора 90 градусов и длиной зоны 10 метров, а датчик «Астра-531» работает по принципу «штора».

Активные датчики состоят из источника инфракрасного излучения и приёмного устройства, между которыми находится блокируемая зона. Пересечение нарушителем невидимого луча фиксируется приёмником. Такие устройства применяются для охраны периметра. Обычно излучающая система выдаёт несколько параллельных лучей, которые невозможно пересечь незаметно.

Обзор принципа работы, устройства, видов и областей применения датчиков движения

Датчик движения -бесконтактное устройство, реагирующее на перемещение объекта в зоне отслеживания. Широко используется в системах охраны и автоматизации различных процессов, в том числе, освещения и кондиционирования. Понять, как работает датчик движения, могут не только специалисты. Это устройство современное, но не настолько сложное.

Сферы использования сенсоров

Область применения датчиков движения (ДД) чрезвычайно широка. Они необходимы для обнаружения посторонних на охраняемых объектах, присутствуют в каждой системе сигнализации. Но могут регистрировать не только несанкционированное проникновение: способны обнаруживать утечку газа, жидкостей, процесс открывания окон и дверей.

Датчики движения инициируют процесс записи в автомобильных видеорегистраторах и комплексных системах отслеживания. Современные энергосберегающие светильники также оснащены этими устройствами и обеспечивают освещение территории в момент присутствия на ней человека или группы людей. Аналогичным образом функционируют «умные» системы кондиционирования.

ДД регистрирует изменение тепловых или волновых характеристик в зоне обслуживания, но при стабилизации этого фона воспринимает его как норму. Так, если человек будет находиться на отслеживаемой территории какое-то время в неподвижном состоянии, освещение отключится.

Высокочувствительные датчики присутствия будут регистрировать малейшие изменения характеристик зоны обслуживания и неподвижность объекта не является для них поводом для возврата в исходное состояние. Таким образом, они выполняют ту же задачу, но более точно и тщательно. В связи с этим, датчики присутствия — более дорогие устройства, и стоимость техники, на которой они установлены, выше.

Как работает: устройство и принцип действия датчика движения?

Существует несколько видов ДД, отличающихся способом регистрации изменений в зоне наблюдения. Любой из них может быть встроен в прибор или являться самостоятельным выносным устройством в отдельном блоке.

Инфракрасный

Инфракрасные детекторы движения — наиболее распространенные пассивные приборы отслеживания. Большинство из них состоят из двух блоков:

  • монтажного;
  • аппаратного.


Эти элементы соединены между собой подвижным сочленением, обеспечивающим поворот корпуса и настройку угла обзора обслуживаемой территории. В аппаратном блоке находятся плата управления и сенсоры:

  • пироэлектрический инфракрасный, функция которого заключается в распознавании движения;
  • светочувствительный, представляющий собой фоторезистор, фиксирующий и оценивающий степень освещенности;
  • полевой транзистор, выполняющий роль усилителя;
  • в устройствах, работающих в системах тревожной сигнализации, установлены дополнительные детекторы.

Монтажный блок предназначен для фиксации прибора и соединения его с источником питания и другой аппаратурой. Например, прожектором освещения или блоком сигнализации. Также на нем находятся регуляторы для выполнения настройки работы ДД.

Принцип работы инфракрасного датчика движения основан на обнаружении и регистрации теплового излучения, исходящего от объекта, находящегося в зоне обслуживания. Пироэлектрический инфракрасный сенсор состоит из прозрачной кварцевой пластины и слоя керамики. У современных бытовых моделей максимальная дальность обнаружения движения — 12 м.

Читайте также  Как сделать грядки в теплице

Микроволновый

Как и инфракрасный, микроволновый датчик движения (ДДМ) непрерывно сканирует зону отслеживания. Но принцип работы у него иной. Микроволновый реагирует на изменение радиочастотного (иначе называемого СВЧ или микроволнового) фона.

ДДМ непрестанно излучает электромагнитные волны, которые, в случае проникновения на обслуживаемую территорию, отражаются от объекта (нарушителя) и возвращаются к сенсору с измененными волновыми характеристиками.

Датчик регистрирует их и передает сигнал управляющей аппаратуре, выполняющей свои задачи: включение освещения, кондиционирования, тревожной сигнализации.

А инфракрасный — только те, которые способны излучать тепло. ДДМ работает по принципу радиолокации и способен вычислять и фиксировать скорость перемещения обнаруженного объекта.

Ультразвуковой

Из наименования устройства становится понятным, что работает оно с применением ультразвуковых волн. Такой датчик представляет собой прибор, состоящий из нескольких деталей. Одна из них — генератор ультразвука. Он работает в непрерывном режиме, испуская звуковые волны с частотой в диапазоне 20-60 кГц. Они проникают сквозь зону отслеживания, и при наличии в ней препятствий, отражаются назад, к датчику.

Далее срабатывает автоматика, выполняющая заданную функцию. Ею может быть подача электропитания на осветительный прибор.

Многие домашние животные способны воспринимать ультразвук и реагировать на него, часто негативно. Поэтому датчики, работающие по принципу генерирования УЗ волн, не рекомендованы для установки на территориях с присутствием животных.

Комбинированный

Комбинированные датчики движения созданы с целью использования лучших характеристик уже имеющихся: инфракрасных, микроволновых и ультразвуковых. И минимизировать присущие каждому из них недостатки.

С целью исключения этой ситуации, в одном приборе объединяют сразу два детектора: микроволновый и инфракрасный. Если второй не обнаруживает изменения температурного фона в зоне отслеживания, зарегистрированные первым помехи не принимаются к сведению.

Комбинированные датчики движения — наиболее мощные и точные приборы. Чаще всего они устанавливаются на потолке и способны обнаруживать присутствие объектов на расстоянии 10-12 м.

Схема датчика движения на примере стандартного HC-SR501

Датчик движения HC-SR501 — один из самых распространенных, работает по принципу регистрации инфракрасных волн. Прибор устроен просто, но для понимания принципы его работы необходимы специальные знания в области радиоэлектроники. Пользователю достаточно ознакомиться с упрощенной принципиальной схемой работы.

Конструкция прибора включает несколько элементов:

  • пироэлектрический датчик 500ВР, состоящий из двух модулей;
  • линза Френеля;
  • микросхема BISS0001, управляющая работой устройства;
  • комплекс резисторов и транзисторов.
  • инфракрасные волны, излучаемые объектом в зоне наблюдения, последовательно попадают на первый и второй элементы пироэлектрического датчика;
  • поочередное поступление сигналов фиксируется электронным модулем управления;
  • формируется логический сигнал;
  • реализуется заданная функция: подается питание на осветительный прибор, включается вентиляция, срабатывает сигнализация и др.

Помимо самого датчика движения, в конструкцию прибора входят исполнительное устройство и безтрансформаторный блок питания. В схеме ДД предусмотрена установка температурного и фотоэлемента, что расширяет спектр возможностей стандартного устройства.

Варианты крепления


Датчик движения HC-SR501 — компактный прибор, оснащенный тремя выходами:

  • GND — земля;
  • VCC — питание;
  • OUT — цифровой, для передачи логического сигнала.


Выбор режима работы осуществляется с помощью модуля с тремя контактами и джампером (перемычкой).

  • Н — при неоднократном срабатывании детектора остается высокий логический уровень;
  • L — импульс формируется при каждом срабатывании сенсора.

На корпусе прибора имеется выступ с отверстием под крепежи: шурупы, саморезы. Датчик можно устанавливать на любые горизонтальные и вертикальные поверхности из дерева, пластика, гипсокартона, укрепив соответствующим образом. Как правило, высверливания отверстий для фиксации столь легких предметов, не требуется.

Не все производители поставляют ДД в корпусе. У некоторых он идет как открытая плата с линзой Френеля. Для использования прибора на улице необходимо самостоятельно установить ДД в подходящий пластиковый корпус, вырезав в нем отверстие под линзу.

Подключение и установка устройства

Датчик движения HC-SR501 чаще всего необходим для подключения к приборам освещения в целях экономии электроэнергии. Для реализации этой задвчи потребуются:

  • выпрямитель на 4-20 В;
  • реле (оптимально — SRD-05VDC-SL-C);
  • светильник с лампочкой, работающий от сети напряжением 220 В.

Датчики движения одинаково хорошо работают в помещении и на улице. Но для монтажа с внешней стороны зданий необходимо выбирать приборы с герметичным, влагонепроницаемым корпусом. Учитывают и диапазон рабочих температур устройства.

Независимо от типа обнаружения подключение датчиков движения в систему сигнализации следующим способом.

На клеммной колодке датчика обычно расположены 6 контактов. Два из них маркируются 12V с обозначениями «+» и «-», на них подается питание. Далее пара контактов «TAMPER» эти контакты используются для определения вскрытия корпуса прибора. Пара контактов «RELAY» подключаются в шлейф контроллера охранной сигнализации с учетом зон обнаружения.

Если необходимо подключение нескольких приборов, то питание подается параллельно – каждый датчик должен быть подключен к блоку питания по отдельной линии энергоснабжения. TAMPER и RELAY могут подключаться последовательно, при этом на последнем устройстве необходима установка оконечного резистора. Его номинал может быть различным в зависимости от характеристик оборудования.

Подсоединение датчиков движения, предназначенных для освещения производится намного проще. Они имеют только три контакта, которые подключаются следующим способом:

Недостатки автономных датчиков

Как и любые другие технические средства, автономные датчики имеют не только достоинства, но и недостатки.

Чаще всего, устройства этого типа входят в состав других детекторов. Другими словами, автономные регистраторы – это компоненты, входящие в состав определенного комплекта. Поэтому покупателю затруднительно совершать выбор, исходя из параметров одного лишь датчика движения.

В отличие от проводных охранных систем, комплектацию автономных приборов изменить зачастую бывает невозможно. И, если покупатель выбрал готовую систему, то ему придется мириться со всеми датчиками, входящими в комплект.

Датчик потолочный 360 градусов

Среди датчиков движения для управления светом такой тип более распространён. Это либо встраиваемые в гипрок датчики, либо накладные. Самый недорогой накладной датчик Фотон-21:

Стоит меньше тысячи рублей, диаметр порядка 105мм, дальность обнаружения до 10 метров (при высоте установки 5 метров), угол 360 градусов. Поскольку потолок обычно ниже 5 метров, то и дальность у него будет сильно меньше, зато смотрит во все стороны.

Именно поэтому практичнее в комнатах использовать датчики движения с углом 90 градусов, что одного такого датчика достаточно на среднее помещение. А датчик 360 градусов гораздо эффективнее в коридорах и холлах (куда можно войти с нескольких сторон), а также там, где обычный датчик по дизайну не проходит вообще никак.

По поводу дизайна — гораздо лучше смотрятся врезные датчики движения. Они ставятся как встраиваемые светильники — делаем отверстие в гипроке, подгибаем пружинные «лапки» датчика и вставляем его в отверстие, там они расправляются и держат датчик.

В случае с датчиками на 90 градусов до 1500-2000 рублей это были российские датчики охранной сигнализации, они хоть и недорогие, но достаточно надёжные и, что важно, сертифицированные. Встраиваемых датчиков такой ценовой категории нет (или я не нашёл), тут либо китайские модели, либо немецкие (и прочие европейские). Китайские — это вот такие:

Читайте также  Импульсные выключатели

Есть под брендом Arlight по цене порядка 700 рублей.

Что самое полезное для нас — эти датчики можно найти и на 230, и на 12, и на 24 вольта. 24 вольта актуально для контроллера Beckhoff и прочих более серьёзных ПЛК. 12 вольт — для EasyHomePLC. А 230 вольт используйте, когда ПЛК в системе нет вообще, датчик напрямую управляет светом. Кстати, я заказывал датчики на 12 вольт с Aliexpress — внешне они абсолютно неотличимы от моделей на 230 вольт, даже на клеммах написано L и N. Так что надо сразу помечать на датчике напряжение, чтобы не перепутать.

Область видимости такого датчика — конус. Чем он ниже висит, тем меньше зона обнаружения. У китайских датчиков зона обнаружения при высоте установки 2,5-3 метра получается небольшая. Она даже в описании нигде не написана, надо экспериментировать.

Посмотрим более серьёзный датчик PD2-M-2C-11-48V-3A-FC фирмы B.E.G. (Германия). Стоит у нас 13-14 тысяч рублей. Срок поставки непопулярных моделей с напряжением 24В обычно большой — до двух месяцев.

Напряжение питания у него 11-48 вольт, так что подходит для любых ПЛК. Можно подключить выключатель для прямого управления светом. Вот его зона покрытия:

Как мы видим, датчик может работать и в коридоре длиной до 10 метров, и даже в рабочем кабинете может отслеживать небольшие движения, но только если расположен прямо над столом. Если цена не смущает, то вариант отличный.

Кстати, покупать датчики с напряжением работы 230 вольт вместо необходимых 12 или 24 вольт не следует. Понятно, что они могут быть в наличии или дешевле, но датчик на 230 вольт всегда щёлкает при сработке, там стоит реле. А слаботочный датчик бесшумный.

При выборе места для датчика на 360 градусов следует, во-первых, приблизить его к тому месту, где нужна бОльшая чувствительность, во-вторых, расположить его так, чтобы он смотрелся гармонично, обычно либо по оси со светильниками, либо между ними.

Для длинного коридора можно поставить два разнесённых датчика для увеличения чувствительности. Либо больше датчиков, но дешёвых китайских.

Есть совсем компактные датчики, например, Thermokon RDI (тоже Германия), стоит порядка 7000 рублей.

Диаметр видимой части всего 28 миллиметров. Но диаметр зоны охвата всего 3 метра. На Aliexpress тоже есть похожие варианты.

Инфракрасные (ИК) датчики движения

Принцип Действия Инфракрасного датчика движения

Принцип работы инфракрасных датчиков движения заключается в обнаружении изменений инфракрасного (теплового) излучения окружающих объектов.

Каждый объект имеющий температуру испускает инфракрасное излучение, которое через систему линз или специальных вогнутых сегментированных зеркал, попадает на расположенный внутри датчика движения чувствительный сенсор, регистрирующий это.

Как работает инфракрасный датчик движения?

Когда объект движется, его ИК излучение поочередно фокусируется различными линзами системы на сенсоре (количество линз обычно варьируется от двадцати до шестидесяти штук), это и является сигналом к выполнению заложенной в датчике функции. Чем больше линз в системе датчика движения – тем выше его чувствительность. Так же, чем больше площадь поверхности системы линз – тем шире зона охвата у датчика движения.

Основные недостатки инфракрасных датчиков движения:

— Возможность ложных срабатываний. Из-за того, что датчик реагирует на любые ИК (тепловые) излучения, могут случаться ложные срабатывания даже на теплый воздух, поступающий из кондиционера, радиаторов отопления и т.п.

— Снижена точность работы на улице. Из-за воздействия окружающих факторов, таких как прямой солнечный свет, осадки и т.п.

— Относительно небольшой диапазон рабочих температур

— Не обнаруживает объекты облаченные/покрытые не пропускающими ИК — излучение материалами

Плюсы инфракрасных датчиков движения:

— Возможность довольно точной регулировки дальности и угла обнаружения движущихся объектов

— Удобен в использовании вне помещений т.к. реагирует лишь на объекты имеющие собственную температуру.

— При работе абсолютно безопасны для здоровья человека или домашних питомцев, т.к. работает как «приемник», ничего не излучая

Подробное описание установки и подключения инфракрасного датчика движения описано в нашей статье :

Подробная пошаговая фото-инструкция — Подключение датчика движения

Датчики ультразвуковые

Данный тип датчиков движения постоянно распространяют вокруг себя ультразвук. При резком движении в зоне распространения, прибор срабатывает и замыкает цепь освещения.

Недостатком ультразвука, является дискомфорт домашних животных, которые в отличие от людей, ультразвук чувствуют. Также УЗ датчики не сработают, если человек двигается очень плавно, для срабатывания нужны резкие движения.

К плюсам УЗ датчиков можно отнести невысокую цену, всепогодное срабатывание, срабатывание на любой тип одежды человека.

Монтаж

На все изделия прилагается схема подключения датчика движения, поэтому настроить и установить устройство можно самостоятельно. Место выбирается таким образом, чтобы не происходило срабатывания на посторонние сигналы.

Наружные приборы подходят для контроля над заданным периметром. Радиус реагирования до 500 метров, что позволяет их использовать для придомовых территорий. Внутренние сенсоры используются в квартирах, подъездах.

Рекомендации как правильно установить датчик движения необходимо обязательно изучить в прилагаемой инструкции. Общие советы:

  • выбрать постоянное место, чтобы потом не пришлось перемещать устройство;
  • рядом с сенсором устанавливается обычный выключатель для ручного отключения свет в случае необходимости;
  • чтобы случайно не повредить устройство, его лучше устанавливать, слегка углубив в стене;
  • солнечные лучи могут нарушить работу сенсора, поэтому датчик нужно ставить в месте, куда они не попадают.

Принцип работы схож с механизмом соединения контактов в обыкновенном выключателе, только в этом случае реле служит исполнительным механизмом.

Проверить правильность подключения поможет временная схема из технического паспорта. Несрабатывание прибора означает ошибки, допущенные при монтаже.

По окончании работ необходимо отрегулировать датчик, установив оптимальное для срабатывания время. Установку сложных, дорогостоящих устройств стоит доверить профессионалам.

Перед покупкой устройства целесообразно посмотреть фото датчиков движения для включения света. Это позволит заранее выбрать модель с оптимальными внешними характеристиками, конструкцией, сектором обзора, принципом работы.

Устройства компактны, легки в установке. Они подходят для частных и многоквартирных домов, иногда устанавливаются на фасаде магазинов.

Кроме основного назначения играют роль сигнализации, срабатывая при приближении людей к охватываемой сектором обзора территории.