kategorier: Praktisk elektronikk, Interessante elektriske nyheter, Hjemmeautomatisering
Antall visninger: 108781
Kommentarer til artikkelen: 3
Automatiske lysbrytere med infrarøde og akustiske sensorer
Den moderne elementære basen av elektronikk lar deg lage enheter enkle i kretsløp, men har et ganske bredt spekter av funksjoner. Tidligere var slike enheter bare tilgjengelige for bruk i komplekse og dyre profesjonelle systemer, og nå gjør bruken av dem hverdagen vår mer komfortabel og enklere.
Denne artikkelen vil snakke om apparater som bruker infrarøde sensorer. En gang ble slike sensorer hovedsakelig brukt i sikkerhetssystemer, og nå er ingen overrasket over dørene som åpnes foran hver innkommende person eller automatisk inkludering av belysning i inngangen. Og alt dette infrarøde sensorer! Ofte kalles de pyroelektriske sensorer.
Pyroelektrisk sensor. Enhet og prinsipp for drift
Pyroelektriske sensorer er i prinsippet passive. Dette betyr at de ikke genererer noen elektromagnetiske signaler, men bare er det infrarød mottakerDerfor er det helt ufarlig for mennesker.
Hver vare er infrarød kilde, og menneskekroppen i denne forstand er heller ikke noe unntak. Pyroelektriske sensorer er designet på en slik måte at de ikke reagerer på infrarød stråling i seg selv, dens absolutte verdi, men snarere på dens endring. Derfor vil til og med en svak bevegelse av et objekt, for eksempel en person bli oppdaget av en slik sensor.
Ta som et eksempel den pyroelektriske sensoren IRA-E710 fra Murata. Enheten er vist på figur 1.
Figur 1. IRA-E710 pyroelektrisk sensorenhet
Grunnlaget for den pyroelektriske sensoren er en infrarød følsom fotocelle som produserer et elektrisk signal proporsjonalt med mengden stråling. For å matche fotocellen med kretsen og den første signalforsterkningen, brukes en felteffekttransistor.
Hvis sensoren er bygd på bare en fotocelle, vil den utløse ikke bare fra bevegelige gjenstander, men også ganske enkelt fra ytre temperatur, sollys, fra radiatorer og temperaturendringer på sensoren selv, eller rettere sagt kroppen.
Med andre ord er støyimmuniteten til en slik sensor for lav. For å øke den blir pyroelektriske sensorer laget på grunnlag av to fotoceller som er inkludert i motsatt retning, som vist på figuren, som lar deg kompensere for faktorene nettopp nevnt.
En slik sensor reagerer bare på endringer i mengden stråling, som gjør at den kan brukes som bevegelsesdetektor. En enda større pålitelighet i driften av sensoren tilveiebringes av et filter konfigurert for en bølgelengde på 5-14 mikron. Slik stråling er mest karakteristisk for menneskekroppen.
Man skal imidlertid ikke tro at sensoren bare tar opp bevegelsen av oppvarmede gjenstander. Det er alltid en viss infrarød bakgrunn i rommet, så å flytte ethvert objekt, selv med omgivelsestemperaturen, forårsaker en endring i den generelle bakgrunnen og sensoren utløses.
Ulempene med den beskrevne sensoren kan tilskrives det faktum at den bare er følsom for bevegelser over, det vil si fra en fotocelle til en annen. Når du beveger deg langs overflatene til begge fotocellene, vil ikke signalet bli generert. Derfor, når du installerer slike sensorer, bør de orienteres deretter, som vil bli diskutert ovenfor.
For å bli kvitt en slik skadelig effekt i spesielt kritiske tilfeller, blir de utviklet og brukt. sensorer basert på fire fotoceller. Riktignok er sensorer av denne typen mer komplekse og dyre, noe som også kompliserer skjemaet for tilkobling og kontroll.
Sensorer er tilgjengelige for konvensjonell montering og utenpåliggende montering (SMD). Deres utseende er vist i figur 2.
Figur 2. IRA-E710 sensorer. utseende
Bruk av bevegelsessensorer
utgangspunktet bevegelsessensorer ment å lage innbruddsalarmanlegg. Med utviklingen av elementbasen ble pyroelektriske sensorer mye billigere og rimeligere, noe som gjorde at de kunne brukes til innenlandske formål.
Det er fremfor alt automatisk inkludering av belysning, døråpning, samt styring av videoovervåkningssystemer. Slik automatisering lar deg spare en betydelig mengde strøm eller varme i rommet. Når det brukes i videoovervåkingssystemer, spares det plass på harddiskene til datamaskinen som styrer driften av videosystemet.
Algoritmen til den automatiske lysbryteren
Når lyset slås på automatisk, for eksempel i inngangen, når en person vises i synsfeltet til enheten, skal belysningen slå seg på, og etter en tid slå av. Mens en person er i synsfeltet til enheten, skal ikke belysningen slå seg av, lukkerhastigheten øker. I dagslys bør ikke automatisk inkludering av lys skje.
Spotlights med en bevegelsessensor designet for utendørs installasjon fungerer også nøyaktig: belysning av portene og hagen i nærheten av huset, trapper ved inngangen til butikken og i andre tilfeller. Slike søkelys er tilgjengelige i forbindelse med en bevegelsessensor, eller bevegelsessensoren kan være adskilt.
En av automatiske lysstyringskretser vist i figur 3.
Figur 3. Lysskjema fra en bevegelsessensor (klikk på bildet for å se ordningen i større format)
Beskrivelse av kretsen
Som mottaker av infrarød stråling i kretsen som brukes pyroelektrisk sensor PIR1. Foran fotocellene sine er det montert et modulasjonsgitter av smale ugjennomsiktige og gjennomsiktige striper, som er plassert horisontalt. Derfor viser det seg at for en fotodetektor er et objekt som beveger seg over båndene i modulasjonsgitteret enten åpent eller lukket, noe som forårsaker utseendet til en vekselspenning ved utgangen fra sensoren.
Det foregående er illustrert i figur 4, som viser den riktige plasseringen av sensoren. Størrelsen på objektet som blir oppdaget av enheten bestemmes av båndbredden til modulasjonsgitteret. Ved å endre båndbredde, kan du justere følsomheten til enheten som helhet. Bredden på enhetens rekkevidde kan justeres ved å endre størrelsen på vindusmodulasjonsgitteret.
Figur 4. Installasjonsskjema for bevegelsessensor
Kraften til den interne forsterkeren til PIR1-sensoren tilføres utgang 1 gjennom filteret R1C1. Utgangssignalet til sensoren fjernes fra pinne 2 og mates til den ikke-inverterende inngangen til driftsforsterkeren 1 av DA1-typen LM324-brikken. Denne brikken er fire operasjonsforsterkere (op ampere) uavhengig av hverandre. Det eneste som forener dem er de vanlige maktkonklusjonene og saken.
En forsterker med en forsterkning på rundt 150 er satt sammen på OS1, som PIR1-sensoren er direkte koblet til. Hvis det ikke er bevegelse i sensordekningsområdet, opprettholdes et konstant spenningsnivå, omtrent halvparten av spenningen til strømkilden, ved utgangen fra OS1.
Når et bevegelig objekt blir oppdaget i synsfeltet til sensoren ved terminal 2, vises en vekslende spenning, som forsterkes av OS1. Ved utgangen fra OS1 vises en variabel komponent som mates gjennom en kondensator C2 til neste forsterkningstrinn utført på OS2 med en forsterkning på omtrent 100.
Etter disse stadiene ankommer signalet som er forsterket til ønsket nivå til innspillet fra komparatoren på OU3 - pinne 10 av DA1-brikken. Komparatorens responsnivå bestemmes av verdien av motstandene R8, R11, R20. I starttilstand er komparatorens utgangsspenning lav.
Hvis det vises utgang fra ОУ2 - utgang 14 - rektangulære pulser som overskrider det spesifiserte driftsnivået, ved utgangen til komparatoren ОУ3 - utgang 8 - vises et høyspenningsnivå, mer presist, også pulser som lader kondensatoren C7. VD5-dioden forhindrer utslipp av denne kondensatoren gjennom utgangen til komparatoren når den er lav. Derfor kan kondensatoren bare tømmes gjennom seriekretsen R14 og R22. Ved bruk av en variabel motstand R22, kan utladningstiden stilles innen 5 sekunder ... 5 min.
Spenningen akkumulert på kondensatoren C7 tilføres den ikke-inverterende inngangen til den andre komparatoren, laget på OS4, hvis responsnivå er innstilt av skillet R9, R13. Utgangssignalet fra denne komparatoren føres til basen til transistoren VT1, som ved bruk av triac VD2 kobler belastningen.
Komparatorens responstid på OS4 bestemmes av ladetiden til kondensatoren C7, som øker med responstiden til sensoren: inntil bevegelsen i synsfeltet til enheten har stoppet, vil kondensatoren C7 lades opp. Når noen beveger seg i rommet, er det ikke garantert at belysningen slås av.
For at belysningen ikke skal slås på i løpet av dagslyset, inneholder enheten en lyssensor laget på en VD7-fotodiode av typen FD263, som er slått på i motsatt retning. Driftsformer stilles inn av divideren R15, R23.
Spenningen fra motoren til den variable motstanden R23 tilføres basen til transistoren VT2. Mens den mørke fotodioden er lukket i rommet og spenningen ved bunnen av transistoren VT2 er høy, er den derfor lukket og påvirker ikke driften av kretsen.
Med økende belysning åpnes fotodioden, og spenningen ved bunnen av VT2 synker, noe som fører til åpningen. En åpen transistor gjennom en VD9-diode skifter signalet fra utgangen fra op forsterkeren 2 til inngangen til komparatoren på op forsterkeren 3. Derfor lader ikke kondensatoren C7, og belysningen vil heller ikke være på.
For å forhindre at dagslyssensoren slår på lyset som dagen har kommet, blokkeres driften gjennom VD8-dioden koblet til utgangen til komparatoren på OU4. Kondensator C10 gir en forsinkelse i å slå på omgivelseslyssensoren når lampen er slått på, og forhindrer derved falske alarmer på sensoren.
Enhetens kraft er transformatorløs. Gjennom den slukkende kondensatoren C9 tilføres nettspenningen til en likeretter laget på dioder VD4 og VD6. Rippelen til den utbedrede spenningen blir jevnet ut av kondensatoren C8, og spenningen blir stabilisert ved 16V av Zener-dioden VD3. Denne spenningen brukes til å drive nøkkeltrinnet på transistoren VT1, som styrer driften av strømbryteren på triac VD2.
En 9.1V parametrisk spenningsregulator er montert på elementene R2, C3 og VD1, som brukes til å drive alle nodene på enheten: en PIR-sensor, DA1-mikrokrets, og dagslys fotosensor på transistoren VT2.
Den beskrevne kretsen er produsert som et sett av Master Kit. Settet inneholder alle nødvendige radiokomponenter, et ferdig kretskort og et hus for montering av enheten, vist i figur 5. Settet inneholder også instruksjoner for montering og installasjon av enheten.
Selv om kretsen generelt anses for å være enkel, og med feilfri montering fra reparasjonsdyktige deler, bør den begynne å fungere umiddelbart, vil jeg trekke oppmerksomhet til det faktum at den har transformatorløs kraft. Derfor, under montering og idriftsettelse, bør du være ekstremt forsiktig, overholde sikkerhetsbestemmelsene og enda bedre bruke en isolasjonstransformator.
Figur 5. Etui fra Master Kit-settet
Kretsen går helt inn i driftsmodus i halvannet til to minutter etter at du har slått på, derfor bør alle innstillinger gjøres etter at denne tiden har gått. Innstillingene er enkle og reduseres til å stille inn den nødvendige forsinkelsestiden av motstanden R22, og ved hjelp av motstanden R23 velges terskel for lyssensoren.
Terskelen til selve bevegelsessensoren bestemmes av verdien av motstanden R11.Hvis en økning i følsomhet er nødvendig, kan verdien bli noe redusert. Følgelig, med et stort antall falske positiver, må du endre verdien i retning av økning.
Figur 6 viser et annet diagram av en infrarød bevegelsessensor, som er veldig lik kretsen vist i figur 3.
Figur 6. Infrarød bevegelsessensor. Alternativ 2 (klikk på bildet for å forstørre)
En lignende ordning er utstyrt med søkelys med en halogenlampe i form av en enkelt enhet, og er som regel installert ved inngangene til private husholdninger. Hensikten er å slå på lyset i hagen når eierne av huset ankommer, og i tillegg til å advare eierne om inntrenging av gjester, inkludert ubudne, til territoriet. Selve skjemaet er veldig likt det forrige og utfører de samme funksjonene, så det er ikke nødvendig med en detaljert beskrivelse. La oss dvele bare ved individuelle noder.
Som en infrarød sensor brukes en PIR D203C fototransistor, signalet som blir ført til DA1-brikken, det samme som i forrige krets. Sensitiviteten til sensoren justeres av en variabel motstand VR3. Lyssensoren er laget på en CDS-fotoresistor, som gjennom dagslystransistor VT2 blokkerer driften av transistor VT1, som inkluderer et lastkontrollrelé. Derfor inngår ikke søkelyset på dagtid.
Som den forrige inneholder kretsen en tidsforsinkelse, som utføres på kondensatoren C14, hvis utladningstid reguleres av en variabel motstand VR1. Tidsjusteringsgrensene vises direkte på diagrammet.
En halogen spotlight med en bevegelsessensor er designet for installasjon på gaten, slik at katter, hunder eller andre små dyr kan falle inn i sensorens dekningsområde, i tillegg til mennesker. Dette kan føre til falsk utløsing av sensorene og inkludering av lys.
For å beskytte mot slike falske alarmer anbefales det å installere en beskyttelsesskjerm foran sensoren, noe som vil begrense enhetens siktområde nedenfra: det er ganske nok å se ikke hele porten, men bare den øvre halvdelen, for å skille personen som har kommet.
I mer komplekse bevegelsessensorer løses dette problemet av integrert mikrokontroller, som er ganske i stand til å bestemme størrelsen på et objekt: en maskin, en person eller en mus. Slike sensorer er selvfølgelig dyrere.
Automatiske lysbrytere med akustiske sensorer
for lyskontroll i inngangene til leilighetsbygg brukes også optiske akustiske brytere. Bryterne inneholder en mikrofon, en optisk sensor og en utgangsnøkkel-enhet.
Logikken for driften av slike brytere er den samme som for infrarød: på dagtid blir mikrofonen slått av av en optisk sensor, og i mørket vil belysningen slå seg på selv med ubetydelige lyder i inngangen. Eksponeringstiden er omtrent 1 minutt, hvoretter lyset slukkes.
Med den nye forekomsten av lyder, gjentas syklusen. Mikrofonfølsomheten er slik at den henter lyd i en avstand på opptil 5 m, noe som er ganske nok for tilgangsforhold. En slik sensor kan selvfølgelig ikke brukes på gaten, fordi lyset vil tennes fra hvilken som helst lyd, for eksempel fra en bil som går forbi.
Strukturelt er akustisk-optiske brytere tilgjengelig i to versjoner: enten som en separat enhet montert på en vegg eller i et tak, eller innebygd i armaturer med forskjellige utførelser. Slike brytere er vist i henholdsvis figur 7 og 8.
Figur 7. Optisk-akustisk energibesparende bryter EV-05
Figur 8. EVS-01-lampen med en innebygd optisk akustisk bryter
Prisen på slike brytere er som regel mindre enn bryterne med en infrarød sensor, så de kan anbefales til bruk i bolig- og fellestjenester, selv om dette ikke utelukker installasjon av infrarøde sensorer.
Les også:Hvordan velge, konfigurere og koble et fotorelé for utendørs eller innendørs belysning
Se også på elektrohomepro.com
: