kategorier: Praktisk elektronik, Interessante elektriske nyheder, Hjemmeautomatisering
Antal visninger: 108781
Kommentarer til artiklen: 3
Automatiske belysningskontakter med infrarøde og akustiske sensorer
Den moderne elementære elektroniske base giver dig mulighed for at oprette enheder, der er enkle i kredsløb, men har en ret bred vifte af funktioner. Tidligere var sådanne enheder kun tilgængelige til brug i komplekse og dyre professionelle systemer, og nu gør deres brug vores hverdag mere behagelig og lettere.
Denne artikel vil tale om apparater, der bruger infrarøde sensorer. En gang blev sådanne sensorer hovedsageligt brugt i sikkerhedssystemer, og nu er ingen overrasket over dørene, der åbner foran hver indkommende person eller automatisk optagelse af belysning i indgangen. Og alt dette infrarøde sensorer! Ofte kaldes de pyroelektriske sensorer.
Pyroelektrisk sensor. Enhed og driftsprincip
Pyroelektriske sensorer er i princippet passive. Dette betyder, at de ikke genererer elektromagnetiske signaler, men blot er infrarød modtagerDerfor er det absolut uskadeligt for mennesker.
Hver vare er infrarød kilde, og den menneskelige krop i denne forstand er heller ingen undtagelse. Pyroelektriske sensorer er designet på en sådan måde, at de ikke reagerer på selve infrarød stråling, dens absolutte værdi, men snarere på dens ændring. Derfor vil selv en lille bevægelse af et objekt, for eksempel, en person blive detekteret af en sådan sensor.
Overvej som et eksempel den pyroelektriske sensor IRA-E710 fra Murata. Dens enhed er vist i figur 1.
Figur 1. IRA-E710 pyroelektrisk sensorenhed
Grundlaget for den pyroelektriske sensor er en infrarød følsom fotocelle, der producerer et elektrisk signal, der er proportional med mængden af stråling. For at matche fotocellen med kredsløbet og den indledende signalforstærkning bruges en felteffekttransistor.
Hvis sensoren kun er bygget på en fotocelle, udløser den ikke kun fra bevægelige genstande, men også simpelthen fra ekstern temperatur, sollys, fra radiatorer og temperaturændringer på selve sensoren eller snarere dens krop.
Med andre ord er støjimmuniteten for en sådan sensor for lav. For at øge det fremstilles pyroelektriske sensorer på basis af to fotoceller inkluderet i den modsatte retning, som vist på figuren, hvilket giver dig mulighed for at kompensere for de netop nævnte faktorer.
En sådan sensor reagerer kun på ændringer i strålingens størrelse, som gør det muligt at bruge den som en bevægelsesdetektor. En endnu større pålidelighed i driften af sensoren tilvejebringes af et lysfilter indstillet til en bølgelængde på 5-14 mikron. En sådan stråling er mest karakteristisk for den menneskelige krop.
Man skal dog ikke tro, at sensoren kun optager bevægelsen af opvarmede genstande. Der er altid en bestemt infrarød baggrund i rummet, så at bevægelse af ethvert objekt, selv med omgivelsestemperaturen, forårsager en ændring i den generelle baggrund og sensoren udløser.
Ulemperne ved den beskrevne sensor inkluderer det faktum, at den kun er følsom over for tværgående bevægelser, det vil sige fra en fotocelle til en anden. Når man bevæger sig langs overfladerne på begge fotoceller genereres signalet ikke. Derfor skal de ved installation af sådanne sensorer orienteres i overensstemmelse hermed, som det vil blive diskuteret ovenfor.
For at slippe af med en sådan skadelig virkning i specielt kritiske tilfælde udvikles de og anvendes. sensorer baseret på fire fotoceller. Sandt nok, sensorer af denne type er mere komplekse og dyre, hvilket også komplicerer skemaet for deres forbindelse og kontrol.
Der er sensorer til konventionel montering og overflademontering (SMD). Deres udseende er vist i figur 2.
Figur 2. IRA-E710 sensorer. udseende
Brug af bevægelsessensorer
oprindeligt bevægelsessensorer beregnet til at oprette tyverialarmsystemer. Med udviklingen af elementbasen blev pyroelektriske sensorer meget billigere og mere overkommelige, hvilket gjorde det muligt for dem at blive brugt til husholdningsbrug.
Det er først og fremmest automatisk inkludering af belysning, døråbning samt styring af videoovervågningssystemer. En sådan automatisering giver dig mulighed for at spare en betydelig mængde elektricitet eller varme i rummet. Når det bruges i videoovervågningssystemer, gemmes plads på harddiske på computeren, der styrer driften af videosystemet.
Algoritmen til den automatiske lysafbryder
Når lyset tændes automatisk, for eksempel i en indgang, når en person vises i enhedens synsfelt, skal belysningen tænde og slukke efter et stykke tid. Mens en person er inden for enhedens synsfelt, skal belysningen ikke slukke, lukkerhastigheden øges. I dagslys bør automatisk optagelse af lys ikke ske.
Spotlights med en bevægelsessensor designet til udendørs installation fungerer også nøjagtigt: belysning af porte og gårdsplads i nærheden af huset, trapper ved indgangen til butikken og i andre tilfælde. Sådanne spotlights er tilgængelige i forbindelse med en bevægelsessensor, eller bevægelsessensoren kan være adskilt.
En af automatiske lysstyringskredsløb vist i figur 3.
Figur 3. Lysstyringsskema fra en bevægelsessensor (klik på billedet for at se skemaet i et større format)
Beskrivelse af kredsløbet
Som modtager af infrarød stråling i det anvendte kredsløb pyroelektrisk sensor PIR1. Foran sine fotoceller er der installeret en modulationsgitter af smalle uigennemsigtige og gennemsigtige striber, som er placeret vandret. Derfor viser det sig, at for en fotodetektor er et objekt, der bevæger sig over båndene i modulationsgitteret, enten åbent eller lukket, hvilket bevirker udseendet af en vekslende spænding ved sensorens udgang.
Det foregående er illustreret i figur 4, der viser den korrekte placering af sensoren. Størrelsen på det objekt, der registreres af enheden, bestemmes af båndbredden af modulationsgitteret. Ved at ændre båndbredde kan du justere enhedens følsomhed som helhed. Bredden på enhedens rækkevidde kan justeres ved at ændre størrelsen på vinduesmoduleringsgitteret.
Figur 4. Installationsdiagram for bevægelsessensor
Kraften fra den interne forstærker på PIR1-sensoren tilføres dens udgang 1 gennem filteret R1C1. Sensors udgangssignal fjernes fra stiften 2 og føres til den ikke-inverterende indgang til driftsforstærkeren 1 af DA1-typen LM324-chip. Denne chip er fire operationelle forstærkere (op ampere) uafhængige af hinanden. Det eneste, der forener dem er de fælles magtkonklusioner og sagen.
En forstærker med en forstærkning på ca. 150 er samlet ved OS1, hvortil PIR1-sensoren er direkte forbundet. Hvis der ikke er bevægelse i sensorens dækningsområde, opretholdes ved konstant spændingsniveau, ca. halvdelen af strømkildens spænding, ved OS1.
Når et bevægeligt objekt detekteres i synsfeltet for sensoren ved klemme 2, vises en skiftevis spænding, som forstærkes af OS1. Ved output fra OS1 vises en variabel komponent, der føres gennem en kondensator C2 til det næste amplifikationstrin udført på OS2 med en forstærkning på ca. 100.
Efter disse trin ankommer signalet, der er forstærket til det krævede niveau til komparatorens input på OU3 - pin 10 af DA1-chippen. Komparatorens responsniveau bestemmes af værdien af modstanderne R8, R11, R20. I den oprindelige tilstand er komparatorens udgangsspænding lav.
Hvis der ved udgangen fra ОУ2 - udgang 14 - der vises rektangulære impulser, der overskrider det specificerede driftsniveau, ved komparatorens udgang ОУ3 - udgang 8 - vises et højspændingsniveau, mere præcist, de pulser, der oplader kondensatoren C7. VD5-dioden forhindrer udladning af denne kondensator gennem komparatorens output, når den er lav. Derfor kan kondensatoren kun tømmes gennem seriekredsløbet R14 og R22. Ved hjælp af en variabel modstand R22 kan afladningstiden indstilles inden for 5 sekunder ... 5min.
Spændingen akkumuleret på kondensatoren C7 leveres til den ikke-inverterende indgang fra den anden komparator, foretaget på OS4, hvis responsniveau er indstillet af skillelinjen R9, R13. Udgangssignalet fra denne komparator føres til basen af transistoren VT1, der ved hjælp af triac VD2 forbinder belastningen.
Komparatorens responstid på OS4 bestemmes af ladetiden for kondensatoren C7, som øges med sensortiden: indtil bevægelsen i synsfeltet for enheden er stoppet, vil kondensatoren C7 genoplades. Mens nogen bevæger sig i rummet, er belysningen ikke garanteret at slukke.
For at belysningen ikke tændes i dagtimerne, indeholder enheden en lyssensor lavet på en VD7-fotodiode af type FD263, der tændes i den modsatte retning. Funktionerne for dens funktion er indstillet af divideren R15, R23.
Spændingen fra motoren i den variable modstand R23 tilføres basen på transistoren VT2. Mens den mørke fotodiode lukkes i rummet, og spændingen ved bunden af transistoren VT2 er høj, er den derfor lukket og påvirker ikke kredsløbet.
Med stigende belysning åbnes fotodioden, og spændingen ved bunden af VT2 falder, hvilket fører til dens åbning. En åben transistor gennem en VD9-diode skifter signalet fra output fra op-amp 2 til input af komparatoren på op amp 3. Derfor oplades ikke kondensatoren C7, og belysningen tændes heller ikke.
For at forhindre dagslyssensoren i at tænde det lys, som dagen er kommet, blokeres dens funktion gennem VD8-dioden, der er tilsluttet udgangen fra komparatoren på OU4. Kondensator C10 giver en forsinkelse i at tænde for den omgivende lyssensor, når lampen er tændt, hvilket forhindrer falske alarmer på sensoren.
Enhedens magt er transformerløs. Gennem den slukkende kondensator C9 tilføres netspændingen til en ensretter fremstillet på dioder VD4 og VD6. Ripplen af den udrettede spænding udjævnes af kondensatoren C8, og spændingen stabiliseres ved 16V af Zener-dioden VD3. Denne spænding bruges til at tænde nøgletrinnet på transistoren VT1, der styrer driften af afbryderen på triac VD2.
En 9.1V parametrisk spændingsregulator er samlet på elementerne R2, C3 og VD1, der bruges til at drive alle noder på enheden: en PIR-sensor, DA1-mikrokredsløb, og dagslys fotosensor på transistoren VT2.
Det beskrevne kredsløb produceres som et sæt af Master Kit. Sættet indeholder alle de nødvendige radiokomponenter, et færdigt kredsløbskort og et hus til montering af enheden, vist i figur 5. Sættet indeholder også instruktioner til montering og opsætning af enheden.
Selvom kredsløbet generelt betragtes som enkelt og med fejlfri samling fra servicerede dele, skal det begynde at arbejde med det samme, vil jeg henlede opmærksomheden på det faktum, at det har transformerløs strøm. Derfor, under montering og idriftsættelse, skal du være ekstremt omhyggelig, overholde sikkerhedsbestemmelserne og endnu bedre bruge en isolationstransformator.
Figur 5. Etui fra Master Kit-kittet
Kredsløbet går helt ind i driftstilstanden halvandet til to minutter efter tænding, derfor skal alle indstillinger foretages efter denne tid er gået. Indstillingerne er enkle og reduceres til at indstille den krævede forsinkelsestid ved modstanden R22, og ved hjælp af modstanden R23 vælges tærsklen for lyssensoren.
Tærsklen for selve bevægelsessensoren bestemmes af værdien af modstanden R11.Hvis en stigning i følsomhed er nødvendig, kan dens værdi reduceres noget. Derfor skal du med et stort antal falske positiver ændre værdien i stigningsretningen.
Figur 6 viser et andet diagram af en infrarød bevægelsessensor, der er meget lig kredsløbet vist i figur 3.
Figur 6. Infrarød bevægelsessensor. Valgmulighed 2 (klik på billedet for at forstørre)
En lignende ordning er udstyret med en lyskaster med en halogenlampe i form af en enkelt enhed og er som regel installeret ved indgangen til private husholdninger. Dets formål er at tænde lyset i gården, når ejerne af huset ankommer, og ud over at advare ejerne om indtrængen af gæster, inklusive ubudne gæster, ind i territoriet. Selve skemaet ligner meget det foregående og udfører de samme funktioner, så der kræves ikke en detaljeret beskrivelse. Lad os kun dvæle ved individuelle knudepunkter.
Som en infrarød sensor bruges en PIR D203C-fototransistor, hvis signal føres til DA1-chippen, det samme som i det forrige kredsløb. Sensorens følsomhed justeres af en variabel modstand VR3. Lyssensoren er lavet på en CDS-fotoresistor, der gennem dagslystransistor VT2 blokerer driften af transistor VT1, der inkluderer et belastningsstyringsrelæ. Derfor om dagen forekommer inkludering af lyskaster ikke.
Som det foregående indeholder kredsløbet en tidsforsinkelse, der udføres på kondensatoren C14, hvis udløbstid reguleres af en variabel modstand VR1. Tidsjusteringsgrænserne er vist direkte på diagrammet.
En halogen spotlight med en bevægelsessensor er designet til installation på gaden, så katte, hunde eller andre små dyr kan falde ind i sensorens dækningsområde ud over mennesker. Dette kan forårsage falsk udløsning af sensorer og inkludering af lys.
For at beskytte mod sådanne falske alarmer anbefales det at installere en beskyttelsesskærm foran sensoren, hvilket i nogen grad begrænser enhedens synlighed fra neden: det er helt nok at se ikke hele porten, men kun dens øverste halvdel, for at skelne den person, der er kommet.
I mere komplekse bevægelsessensorer løses dette problem af integreret mikrokontroller, som er ret i stand til at bestemme størrelsen på et objekt: en maskine, person eller mus. Sådanne sensorer er naturligvis dyrere.
Automatiske lysafbrydere med akustiske sensorer
til lysstyring i indgangene til lejlighedsbygninger bruges også optiske akustiske afbrydere. Kontakterne indeholder en mikrofon, en optisk sensor og en udgangsnøglenhed.
Logikken i betjeningen af sådanne afbrydere er den samme som for infrarød: om dagen slukkes mikrofonen af en optisk sensor, og i mørke tændes belysningen, selv med ubetydelige lyde i indgangen. Eksponeringstiden er ca. 1 minut, hvorefter lyset slukkes.
Med den nye forekomst af lyde gentages cyklussen. Mikrofonens følsomhed er sådan, at den henter lyd i en afstand af 5 m, hvilket er helt nok til adgangsforhold. Selvfølgelig kan en sådan sensor ikke bruges på gaden, fordi lyset tændes fra enhver lyd, for eksempel fra en bil, der går forbi.
Strukturelt findes akustisk-optiske afbrydere i to versioner: enten som en separat enhed monteret på en væg eller et loft eller indbygget i armaturer med forskellige design. Sådanne afbrydere er vist i henholdsvis figur 7 og 8.
Figur 7. Optisk-akustisk energibesparende switch EV-05
Figur 8. Lampe ЭВС-01 med integreret optisk-akustisk switch
Prisen på sådanne afbrydere er som regel mindre end afbrydere med en infrarød sensor, så de kan anbefales til brug i hus og kommunale tjenester, skønt dette ikke udelukker installationen af infrarøde sensorer.
Læs også:Sådan vælges, konfigureres og tilsluttes et fotorelæ til udendørs eller indendørs belysning
Se også på elektrohomepro.com
: