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.
Как правильно подключить датчик движения — 5 схем монтажа с выключателем и без.
Для того, чтобы упростить процесс управления освещением и автоматизировать его включение-отключение в определенных местах (подъезд, коридоры, вход в дом на улице и т.д.), применяются такие устройства как датчики движения.
Помимо работы в сетях освещения, они могут использоваться в охранных системах. Например для подачи звукового сигнала (рев сирены, включение звонка) при обнаружении движения в охраняемой зоне.
А еще их можно настроить на автоматическое открывание входных дверей, что широко применяется в торговых центрах и магазинах.
Давайте же рассмотрим как правильно подключить это устройство, разберем популярные схемы и перечислим ошибки, которые непосредственным образом влияют на погрешность работы прибора.
Первым делом определитесь, какая у вас модель датчика по типу подключения. Они бывают двух и трехпроводными.
Сначала изучим простейшую двухпроводную схему.
Двухпроводные датчики движения чаще всего ставят в обычные подрозетники. Общая картина его подключения состоит из 4-х элементов:
- автоматический выключатель для подачи питания 220В
Подключение прибора аналогично монтажу одноклавишного выключателя света. То есть, вам нужно подвести питающую фазу к датчику, и через него пустить ее на светильник.
При этом связку «датчик — светильник», лучше использовать на отдельном контуре, а не сажать его на общее освещение.
Рассмотрим процесс монтажа с самого начала. Первым делом заводите трехжильный кабель ВВГнг-Ls 3*1,5мм2 от автомата в щитке в распредкоробку. Обозначаете и маркируете его жилы: фаза, ноль, земля.
Далее протягиваете уже двухжильный провод до места установки датчика.
Где его лучше всего размещать?
Классический вариант для моделей устанавливаемых в подрозетник — на высоте 1,2-2,0м от уровня пола.
Не путайте их с настенными устройствами, размещаемыми в проходных коридорах или подъездах многоэтажек, либо на входе в здание. Эти обычно задираются под самый потолок, недалеко от дверей.
Также обратите внимание, чтобы никакие открытые двери не перекрывали угол обзора датчика.
Еще их не рекомендуется ставить над батареей или другими нагревательными приборами.
Далее, кабель идущий на светильник, также заводим в распредкоробку. Внутри нее соединяем все жилы в следующей последовательности.
Сначала ноли. От кабеля питания — на кабель светильника.
Далее заземление, если оно конечно есть.
А вот фазу с автомата, соединяем с одной из жилой, уходящей вниз на датчик (L). Вторую жилу от кабеля датчика, пускаем на светильник (L датчика).
Осталось подключить в подрозетнике сам датчик. Приходящую фазу с условным обозначением L, заводим на соответствующую клемму.
Вторую жилу подключаем на клемму, где нарисован осветительный прибор или знак «нагрузка», как на рисунке внизу.
Осталось спрятать в подрозетник весь механизм и установить декоративную рамку.
Далее на передней панели производим настройку. Для этого выкручиваете по порядку все «флажки».
- 1 — переводите устройство в автоматический режим
- 2-выставляете порог чувствительности
Дабы датчик не включался днем или в другое, не нужное вам время суток, в зависимости от уровня освещенности и силы светового потока.
- 3-задаете время, через которое освещение отключится, как только исчезнет движение в зоне действия прибора
На этом все. Подаете напряжение и проверяете работу всей схемы.
Преимущества подобной двухпроводной схемы и данных датчиков движения:
- простота монтажа и подключения
- возможность принудительного включения освещения без дополнительных выключателей света
Вы легко можете заменить любой одноклавишный выключатель подобным устройством и автоматизировать свою систему освещения, без каких либо капитальных затрат.
Однако есть и недостатки. Данные приборы зачастую плохо работают с энергосберегающими и светодиодным лампочками.
Они начинают мерцать, иногда очень даже сильно.
Переходим к трехпроводным датчикам с тремя клеммами. Самые популярные марки на нашем рынке — это инфракрасные датчики движения IEK модели от ДД-009 до ДД-019.
Популярность их объясняется прежде всего низкой ценой. Но и более дорогие экземпляры от других производителей, в принципе сделаны по точно такому же образцу. И процесс подключения и настройки будет аналогичным.
При покупке таких приборов обращайте внимание на степень их влагозащиты. В основной массе это IP44.
За пределами зданий их можно ставить только под навесом или козырьком. От прямого попадания дождя они не защищены. Здесь уже понадобятся полностью влгаозащищенные модели IP65.
Также смотрите на температуру эксплуатации, если вы намерены его использовать на улице. Большинство из них рассчитаны на работу только до минус 20С. Далее они начинают нещадно глючить.
На трехпроводной датчик придется заводить уже полноценные 220В, то есть фазу и ноль. Вся система также состоит из 4-х элементов:
По желанию многие добавляют еще отдельный выключатель света. Эту схему рассмотрим чуть ниже.
При подключении трехпроводного датчика, в распредкоробку будет заходить 3 кабеля:
- трехжильный от автомата (фаза-ноль-земля)
- трехжильный на освещение (если у вас светильники с металлическим корпусом)
Нули собираются в одну точку. «Земля» с автомата подключается к «земле» на светильнике. Все как по ранее рассмотренной схеме.
Вот только на датчик движения уже подается не одна фаза, а полноценные фаза-ноль. У данного девайса под корпусом имеется три клеммы.
- две вводных — сюда вы заводите питание 220В
Они могут быть подписаны как L (фаза) и N (ноль).
Обозначенный к примеру буквой «А».
Чтобы добраться до клемм, открутите на корпусе два самореза и снимите нижнюю защитную крышку.
Если у вас уже выведено из корпуса три разноцветных провода, ищите в инструкции их маркировку. Обычно это:
Но лучше вскрыть крышечку и проверить все визуально.
Выходит именно фаза, которая и управляет всем освещением. В распредкоробке вы ее подключаете к фазной жиле кабеля, идущего на светильники или к другой нагрузке.
Вся схема будет выглядеть упрощенно следующим образом.
Если не хотите использовать распаечную коробку в качестве места соединения всех проводов, тогда придется заводить все жилы в сам датчик и соединять их на его клеммнике. Две нулевые жилы скручиваете между собой и затягиваете на клемме N.
Фазу с автомата питания пускаете на клемму L. Ну и к оставшемуся выходу подключаете жилу, уходящую на светильник. Грубо говоря, фазу-ноль с одного кабеля подали, фазу-ноль с другого вывели. Ничего сложного.
Получается та же самая 3-х проводная схема, только без распредкоробки.
После подключения на корпусе ищите элементы управления и настройки. Одна из «крутилок» отвечает за время суток. Там нарисованы солнышко и луна (Lux).
Для того, чтобы использовать девайс в светлое время суток, переключатель ставите в режим, где значок солнца. Если он вам нужен для работы в ночное время или в темном помещении, где нет естественного света — выкручиваете на луну.
Второй переключатель настраивает время отключения (Time). Двигаете реостат от минимума к максимуму и увеличиваете время автоматического отключения света, с нескольких секунд до нескольких минут.
Как выставить настройки так, чтобы прибор случайно не реагировал на домашних животных? Запомните главное, в этом случае чувствительность должна регулироваться не переключателями, а углом поворота всей сферы.
То есть, куда смотрит прозрачное окошко, на то оно и будет реагировать. Не хотите, чтобы свет загорался когда мимо пробегает кошка или собака, не направляйте сферу вниз к полу. Выставляйте окошко перпендикулярно плоскости стены или на уровне вашей головы.
Ну а если вдруг захотите, чтобы датчик вообще не срабатывал, то поверните его «голову» так, чтобы окошко смотрело на самый верх, как бы в небо.
Реальная зона захвата лучей датчика — примерно 9-10 метров. Хотя в документации заявляют больше.
Еще обращайте внимание на такое свойство, как чувствительность в зависимости от направления движения человека. Она будет максимальна, когда вы проходите мимо, и минимальна, когда идете навстречу лучам.
Поэтому в коридоре или подъезде многоэтажек, датчики лучше ставить на сразу над дверьми, а где-нибудь ближе к углу. В этом случае вы по любому будете именно пересекать лучи, а не двигаться навстречу им.
Главный недостаток такой 3-х проводной схемы — отсутствие принудительного включения освещения. Датчик движения может выйти из строя или начать некорректно работать. Из-за этого вы останетесь полностью без освещения.
Чтобы избежать подобных проблем, применяют третью схему с дополнительным выключателем света.
Эта схема является наиболее универсальной. В ней используется обычный одноклавишник.
Многие спросят: «У него же всего два контакта и два провода, а у датчика три. Куда девать лишнее?» Все очень просто, достаточно подключить его параллельно.
То есть, фазу от питающего автомата, нужно сразу завести не только на датчик, но и на одноклавишный выключатель света. Второй провод с одноклавишника присоединяется к контуру освещения, то есть к выходному проводнику с датчика.
Выглядит это следующим образом.
Теперь вы сможете включать и выключать светильники в любое время, в независимости от того, день у вас или ночь, есть движение в зоне действия девайса или нет, исправен он или сломан.
Кстати, если установить выключатель не параллельно, а последовательно в схему, то есть после него, дабы фаза разрывалась до датчика, вы столкнетесь с не совсем очевидной проблемой.
Казалось бы, такой вариант наиболее хорош. Всю схему можно полностью отключить от напряжения, а при необходимости ее включить и тут же запустить свет. Но дело в том, что при полном обесточивании и последующей подачи напряжения, лампочка не загорается сразу.
Сколько бы вы не прыгали перед датчиком и не махали руками. Ему нужно определенное время, дабы просканировать всю площадь на наличие объектов. У многих моделей на это уходит по 10-20 секунд.
А вы тем временем будете стоять в темноте и терпеливо ждать света. Согласитесь, что это не очень удобно.
А можно ли подключить 3-х проводной датчик не параллельно, а именно вместо одноклавишника? То есть, выкинуть его из схемы и поставить в разрыв фазы как в самом первом случае, подключив только два провода и не подводя ноля?
С некоторыми светодиодными лампочками такой фокус может пройти. Но вам понадобятся дополнительные компоненты.