Содержание

Схемы датчиков движения и принцип их работы, схемы подключения

Датчик движения чаще всего используется для включения освещения, когда вы проходите или находитесь рядом с ним. С его помощью можно хорошо экономить электричество и избавить себя от необходимости щелкать выключателем.

Это устройство также используется и в системах сигнализации, для определения нежелательных проникновений. Кроме этого их можно встретить и на производственных линиях, они там нужны для автоматизированного выполнения каких-либо технологических задач. Датчики движения иногда называют датчикам присутствия.

Содержание статьи

Типы датчиков движения

Датчики движения различают по принципу действия от этого зависит их работа, точность срабатывания и особенности использования. У каждого из них есть сильные и слабые стороны. От конструкции и рода используемого элемента зависит и конечная цена такого датчика.

Датчик движения может быть выполнен в одном корпусе и в разных корпусах (блок управления отдельно от датчика).

Контактные

Самый простой вариант датчика движения – использовать конечный выключатель или геркон. Геркон (герметичный контакт) это переключатель который срабатывает при появлении магнитного поля.

Суть работы заключается в установке конечного выключателя с нормально-разомкнутыми контактами или геркона на дверь, когда вы её откроете и зайдете в помещение контакты замкнутся, включат реле, а оно включит освещение. Такая схема изображена ниже.

Инфракрасные

Срабатывают от теплового излучения, реагируют на изменение температуры. Когда вы входите в поле зрения такого датчика он срабатывает на тепловое излучение от вашего тела. Недостатком такого способа определения являются ложные срабатывания. Тепловое излучение присуще всему что есть вокруг. Приведем несколько примеров:

1. ИК датчик движения стоит в помещении с электрообогревателем, который периодически включается и отключается по таймеру или термостату. При включении обогревателя возможны ложные срабатывания.

Можно попробовать этого избежать долгой и скрупулезной настройкой чувствительности, а также попыткой направить его так, чтобы в прямой видимости не было обогревателя.

2. При установке на улице возможны срабатывания от порывов тёплого ветра.

В целом эти датчики нормально работают, при этом это самый дешевый вариант. В качестве чувствительного элемента используется PIR-сенсор, он создает электрическое поле пропорционально тепловому излучению.

Но сам по себе сенсор не имеет широкой направленности, поверх него устанавливается линза Френеля.

Правильнее будет сказать – многосегментная линза, или мультилинза. Обратите внимание на окошко такого датчика, оно разбито на секции это и есть сегменты линз, они фокусируют попадающие излучения в узкий пучок и направляют его на чувствительную область датчика. В результате этого на маленькое приемное окошко пироэлектрического сенсора попадают пучки излучений с разных сторон.

Для увеличения эффективности детектирования движения могут устанавливать сдвоенные, или счетвертненные сенсоры или несколько отдельных. Таким образом, расширяется поле зрение прибора.

Исходя из вышесказанного нужно отметить и то, что на датчик не должен попадать свет от лампы, а также в поле его зрения не должно быть ламп накаливания, это также сильный источник ИК-излучения, тогда работа системы в целом будет нестабильной и непредвиденной. ИК-излучения плохо проходят через стекло, поэтому он не сработает, если вы будете идти за окном или стеклянной дверью.

Это самый распространённый вид датчика его можно купить а можно и собрать самому на основе, поэтому рассмотрим его конструкцию подробно.

Как собрать ИК-датчик движения своими руками

Самый распространенный вариант – это HC-SR501. Его можно купить в магазине радиодеталей, на али-экспресс, часто поставляется в наборах Arduino. Может использоваться как в паре с микроконтроллером, так и самостоятельно.

Он представляет собой печатную плату с микросхемой, обвязкой и одним ПИР-сенсором. Последний накрыт линзой, на плате есть два потенциометра, один из них регулирует чувствительность, а второй время которое на выходе датчика присутствует сигнал. При детектировании движения на выходе появляется сигнал и держится установленное время.

Он питается напряжением от 5 до 20 вольт, срабатывает на расстоянии от 3 до 7 метров, а сигнал на выходе держит от 5 до 300 секунд, вы можете продлить этот период, если использовать одновибратор на NE555, микроконтроллер или реле задержки времени. Угол обзора порядка 120 градусов.

На фото изображен датчик в сборе (слева), линзу (справа внизу), обратную сторону платы (справа вверху).

Рассмотрим плату подробнее. На её передней стороне расположен чувствительный элемент. На задней – микросхема, её обвязка, справа два подстроечных резистора, где верхний – время задержки сигнала, а нижний – чувствительность.

В нижней правой части джампер для переключения режимов H и L. В режиме L датчик выдает выходной сигнал только она период времени выставленного потенциометром. Режим H выдает сигнал, пока вы находитесь в зоне действия датчика, а когда вы её покидаете сигнал, исчезнет через время заданное верхним потенциометром.

Если вы хотите использовать датчик без микроконтроллеров, тогда соберите эту схему, все элементы подписаны.

Схема питается через гасящий конденсатор, напряжение питания ограничено на уровне 12В с помощью стабилитрона. Когда на выходе датчика появляется положительный сигнал реле Р включается через NPN транзистор (например BC547, mje13001-9, КТ815, КТ817 и другие). Можно использовать автомобильное реле или любое другое с катушкой на 12В.

Если вам нужно реализовать какие-то другие функции – можно использовать его в паре с микроконтроллером, например платой Ардуино. Ниже представлена схема подключения и программный код.

Ультразвуковые

Излучатель работает на высоких частотах – от 20 кГц до 60 кГц. Отсюда выходит одна неприятность – животные, например собаки, чувствительны к этим частотам, более того они используются для их отпугивания и дрессировки. Такие датчики могут раздражать их и с этим возникают проблемы.

Ультразвуковой датчик движения работает на эффекте Допплера. Излучаемая волна, отражаясь от подвижного объекта, возвращается и принимается приёмником, при этом длина волны (частота) незначительно изменяется. Это детектируется, и датчик выдает сигнал, который используют для управления реле или симмистором и коммутации нагрузки.

Датчик неплохо отрабатывает движения, однако если движения очень медленные – он может не срабатывать. Преимуществом является то, что они не чувствительны к изменениям условий окружающей среды.

Лазерные или фотодатчики

В них есть излучатель (например ИК-светодиод) и приемник (фотодиод аналогичного спектра). Это простой датчик, возможна реализация в двух исполнениях:

1. Излучатель и фотодиод монтируются в проходе (контролируемой зоне) напротив друг друга. Когда вы проходите через него вы заслоняете излучение и оно не достигает приемника, тогда срабатывает датчик и включается реле. Это можно использовать и в системах сигнализации.

2. Излучатель и фотодиод стоят рядом друг с другом, когда вы находитесь в зоне действия датчика излучение отражается от вас и попадает на фотодиод. Это называется также датчиком препятствия, с успехом применяется в робототехнике.

Микроволновый

Состоит также из передатчика и приемника. Первый генерирует сигнал высокой частоты, второй их принимает. Когда вы проходите рядом изменяется частота. Приемник настроен таким образом, что при изменении частоты сигнал усиливается и передается на исполнительный орган, например реле, и происходит включение нагрузки.

Микроволновые датчики движения очень чувствительны, позволяют «увидеть» объект даже за дверью или за стеклом, однако это вызывает и проблемы ложного срабатывания, когда объект находится вне поля предполагаемой видимости.

Это достаточно дорогостоящие датчики, но они реагируют даже на самые незначительные движения.

Подобным образом работают и емкостные приборы. Такая схема изображена ниже.

Как подключить датчик движения

Можно придумать бесчисленное множество вариантов и схем подключения датчика движения в зависимости от ваших потребностей, иногда нужно чтобы система срабатывала при движении в разных местах, например уличное освещение по пути от дома до ворот и наоборот, в других случаях необходимо принудительное включение или отключение света и т.д. Мы рассмотрим несколько вариантов.

Обычно у датчика движения есть три провода или три клеммы для подсоединения:

1. Приходящая фаза.

2. Фаза, отходящая для питания нагрузки.

Если вам не хватает мощности датчика – используйте промежуточное реле и магнитный пускатель с катушкой на 220В. Для этого вместо лампочки в нижеуказанных схемах подключаются выводы катушки.

Схема №1. Лампа включается только от датчика движения.

Схема №2. Лампа включается от датчика движения или от выключателя (принудительное включение).

Схема №3. Датчик движения отключается. Так он не будет срабатывать, когда вам это не нужно, например, в светлое время суток.

Схема №4 – включение лампы от двух датчиков, расположенных в разных местах.

На фото ниже изображены клеммы к которым подсоединяются питающие провода.

Заключение

Использование датчиков движения, как бы это ни звучало, это шаг к умному дому. Во-первых, это поможет экономить электроэнергию и ресурс ламп. Во-вторых, это избавит от необходимости каждый раз щелкать выключатель. Для освещения на улице при правильной настройки можно сделать так, чтобы свет включался, когда вы подходите к воротам дома.

Если расстояние от ворот до дома 7-10 – можно обойтись и одним датчиком, тогда не придется прокладывать кабель на второй датчик или собирать схему с проходным выключателем.

Как уже было сказано чаще всего встречаются ИК-датчики, их достаточно для простых задач, если вам нужна большая чувствительность или точность – присмотритесь к датчикам других типов.

Источник

Как подключить и настроить датчик движения для управления освещением: электрические схемы подключения и настройка датчика

Для удобного управления осветительными приборами и снижению затрат на пользование электрической энергией пользователи всё чаще стали прибегать к использованию автоматических управляющих устройств на основе датчиков движения различной конфигурации. Монтаж таких приборов производится по определенным схемам, которые мы рассмотрим в данной статье.

Выбор места установки датчика движения

Первым делом, после приобретения датчика движения, необходимо определиться с местом установки данного устройства. Выбор правильного места очень важен для корректной работы датчика движения и предотвращения ложных срабатываний.

Для управления ночным освещением выбирается место, из которого датчик может охватывать большую часть помещения. Например, для управления освещением в коридоре или на лестничной площадке, необходимо, чтобы в зону датчика движения попадали двери из всех помещений или квартир. В таком случае, при попадании человека в помещение из любой двери, датчик движения будет правильно отрабатывать и включать свет.

Для просторного помещения, например, большой комнаты, зала или холла грамотным решением будет установка потолочного датчика с охватом в 360 градусов и радиусом, превышающим максимальную длину помещения. Установка нескольких датчиков движения в таких помещениях, как решение, в целом тоже имеет место быть, но достаточно громоздкое и недостаточно удобное.

При установке такого управляющего устройства важно помнить, что не стоит устанавливать его рядом с приборами, которые излучают инфракрасные или электромагнитные помехи, выделяют пар (например, чайники и пр.) или тепловое излучение (обогреватели, трубы отопления, кондиционеры).

Целесообразно, перед окончательным монтажом датчика движения провести испытания его срабатывания в нескольких местах. Это позволит выбрать оптимальное место установки с точным срабатыванием прибора.

Обозначение выводов датчика движения

Для того, чтобы понять, как подключить датчик движения в цепь для управления освещением, нужно понимать несколько важных аспектов: с каким напряжением работает данный тип устройства и как маркируются выводы датчика, к которым будет производится подключение питающих проводов и прибора.

Стандартные датчики движения рассчитаны для работы в сети переменного тока 220В, но встречаются варианты, которые работают от 12В постоянного тока (для управления светодиодными лентами) и радио датчики, которые питаются от аккумулятора и служат для отправки сигнала на управляющее устройство.

Маркировка выводов на устройстве обычно выполнена на самом корпусе с помощью тиснения на пластмассе или с использованием специальных наклеек. Схема подключения также выполняется на корпусе, а также в руководстве по подключению, настройке и эксплуатации данного устройства.

Стандартные обозначения выполнены следующим образом:

буквой L обозначается вывод, к которому подключается входящая фаза;
буквой N обозначается вывод, к которому подключают нулевой проводник;
L’ (или другая буква) обозначается выходящая фаза, идущая к осветительному прибору.

При этом, в отличии от других электроприборов, в данном случае очень важно не перепутать во время подключения проводники фазы и ноля. Это связано с тем, что датчик движения, как выключатель, должен разрывать фазный провод, а не ноль (для безопасной эксплуатации, это требование указано в ПУЭ). Определить, где фаза, а где ноль можно с помощью цветовой маркировки проводников (обычно коричневый или черный – фаза, синий – ноль), но лучше использовать для этого отвертку-тестер или мультиметр.

Принципиальные электрические схемы подключения

Подключение датчика движения в цепь для управления устройством освещения в целом не должно вызвать большой сложности даже для обычного пользователя, который не сильно разбирается в электрике. Конечно, такой монтаж лучше всего доверить профессиональному электрику, но, чтобы сохранить деньги, можно ознакомится с приведенными ниже принципиальными схемами и подключить всё самостоятельно.

Двухпроводное подключение датчика движения

Такой способ подключения датчика движения выполняется с помощью двух проводов и предполагает наличие только фазы (без использования ноля). Такие устройства часто применяют для монтажа в стандартные подрозетники для замены обычных выключателей или для совместного использования выключателей и датчиков движения.

Такие датчики движения имеют всего два вывода: первый служит для подключения питающей фазы, а второй для отходящего фазного проводника к светильнику. Всё подключение делается по аналогии с обычным одноклавишным выключателем без использования ноля.

Этот способ часто применяется при внедрении датчиков движения в помещения с уже произведенным ремонтом, так как позволяет заменить клавишные выключатели на переключатель с датчиком движения.

Трёхпроводная схема подключения

Самая распространенная схема для подключения датчиков движения – та, которая имеет трехпроводную схему подключения. Они применяются как внутри помещений, так и на улице (при установке на улице важно обращать внимание на степень пыле- и влагозащищенности).

Для подключения трехпроводных датчиков необходимо подводить к ним фазу и ноль. Схема выглядит следующим образом:

от распределительной коробки к датчику подводят питающую фазу и нулевой проводник;
от вывода отходящей фазы датчика движения проводник напрямую (или через распределительную коробку) тянется к прибору освещения.
также к светильнику от распределительной коробки подводят нулевой проводник.

Подводящие провода к датчику подключаются к выводам L (фаза) и N (нуль), а отходящий к выводу L’ (или другой буквой, например, A).

Схема включения датчика движения с выключателем

Универсальная схема подключения датчика движения включает в себя его использование совместно со стандартным одноклавишным выключателем . Схема такого подключения выглядит следующим образом: питающую фазу подводят не только к автоматическому датчику движения, но и к выключателю (то есть выполняют параллельное соединение). От клавишного выключателя отходящий фазный проводник подводят к светильнику, как и отходящую фазу от датчика движения.

Данный способ очень удобен для управления освещением, так как позволяет включать и отключать осветительный прибор вне зависимости от времени суток, а также исправности и чувствительности датчика движения.

Можно также подключить выключатель последовательно с датчиком движения до него и отключать им как сам датчик, так и осветительный прибор. Сложно представить, где может использоваться такая схема подключения, так как она имеет очевидные минусы:

При отключении выключателя, датчик не будет работать и свет не включится автоматически при обнаружении движения.
При переключении одноклавишного выключателя в положение «ВКЛ» — осветительный прибор может не включится сразу, так как для запуска датчика движения в рабочий режим необходимо от 15 до 30 секунд.

Схема подключения нескольких датчиков

Для управления светом можно подключать несколько датчиков движения. Такой способ используют в просторных помещениях или длинных коридорах. Например, в длинном коридоре нет возможности управления освещением с помощью одного датчика, так как он имеет ограничение по радиусу действия (обычно 10-12 метров), а если имеются повороты, то еще сложнее включать свет таким способом. Для этого в проходных зонах устанавливают несколько датчиков движения с шагом установки равным радиусу их действия. В этом случае человек, выходя из зоны действия одного устройства, непременно попадет в зону действия другого датчика и свет не отключится.

Для корректной работы освещения применяют параллельное подключение таких приборов регистрации движения, при этом не имеет значение их количество в цепи.

Схема с пускателем или контактором

Для управления мощными нагрузками, например, для управления уличным освещением, состоящим из светильников мощностью более 1 кВт, управление напрямую с помощью датчика движения не годится – он может выйти из строя из-за большого тока, проходящего через него.

В таком случае используется схема с включением нагрузки с помощью магнитного пускателя или контактора. Схема управления будет выглядеть следующим образом:

нагрузка (несколько мощных приборов освещения) будут подключаться к контактору или электромагнитному реле пускателя;
датчик движения также подключается к реле или контактору, но на управляющие выводы.

Работать это будет так: при регистрации движения, датчик подает напряжения на катушку пускателя, соленоид в пускателе с помощью электромагнитной индукции замыкает контакты и включает нагрузку. При этом датчик движения и нагрузка имеют гальваническую развязку и не связаны между собой.

Настройка и регулировка параметров устройства

Для того, чтобы прибор корректно срабатывал на движение и не реагировал на помехи, движение домашних животных или веток за окном, важно не только правильно его установить, но и грамотно настроить.

Угол обзора

Некоторые приборы позволяют управлять углом обзора с помощью специального переключателя на корпусе устройства. Это дает возможность уменьшить или, наоборот, увеличить угол контролируемой зоны датчиком движения для корректного срабатывания. Те устройства, которые не имеют регулировки угла обзора настраиваются с помощью их поворота в нужную сторону или с использованием стены, как ограничителя. Умельцы также прибегают к помощи изоленты, искусственно ограничивая обзор датчика заклеивая его сканирующий экран в нужных местах.

Чувствительность (SENS)

Данный переключатель позволяет уменьшить количество ложных срабатываний от домашних питомцев, веток деревьев за окном и других факторов. Настройка по этому фактору начинается с минимального значения переключателя, с последующим увеличением до нужного. Все это производится экспериментальным путем с обязательным тестированием.

Задержка выключения (TIME)

Возможность настройки задержки зависит от конкретного устройства и может быть в пределах от 5 секунд до 30 минут. Настройка по этому параметру производится исходя из предпочтений пользователя и назначения помещения или освещения. Работает это следующим образом: при регистрации движения освещение включается и после этого выключится только по истечении настроенной задержки на устройстве.

Уровень освещенности (LUX/DAY LIGHT)

Настройка по этому параметру производится для регулировки включения осветительного прибора при заданной освещенности. То есть включение будет происходить только если произойдет регистрация движения при настроенной освещенности. Если освещенность в помещении будет выше – прибор не включится. Регулировку производят с минимального значения, постепенно увеличивая до необходимого.

Ошибки монтажа и подключения

Основными ошибками при монтаже датчика движения является неправильный выбор места установки и настройки его параметров (чувствительности, освещенности). При возникновении такой ситуации датчик может не срабатывать при нахождении человека в помещении, включаться с задержкой или при перемещении домашних животных. Поэтому сама настройка занимает достаточно много времени и должна учитывать все условия, в которых будет работать данное устройство.

Само подключение проводников обычно не вызывает сложности – подключить три провода по схеме довольно просто. Здесь главное не перепутать фазу и ноль и подключать проводники, которые не имеют нарушений изоляции и повреждения жил.