Разновидности датчиков движения и области их применения

Датчик перемещения — устройство, сигнализирующее о передвижении объектов в поле его действия. Оно обеспечивает контроль за наблюдаемой площадью и запуск тех или иных автоматических сценариев при срабатывании — например, датчик движения для включения света. Такие сенсоры весьма распространены в сфере охраны, домашней и бизнес-автоматизации, их применение растет с каждым годом. Они встречаются как функционирующие в независимом режиме, так и в составе программно-аппаратных комплексов.

Виды датчиков

Любой сенсор движения функционирует за счет анализа поступивших на него извне определенных волн (радио, звуковых, тепловых и прочих). По принципам действия устройства делятся на:

• ультразвуковые;
• инфракрасные датчики движения;
• световые (фотоэлектрические);
• томографические (на радиоволнах);
• микроволновые, использующие излучение СВЧ.

Гаджеты могут либо просто воспринимать поступающие волны, либо генерировать их сами и анализировать отраженные. По этому принципу они делятся на активные устройства, пассивные и комбинированные. Комбинированный датчик движения обычно имеет совмещенную конструкцию с вынесенными отдельно излучающими и принимающими модулями.

Самые распространенные разновидности:

• PIR-датчики (пассивные инфракрасные). Это самый простой и недорогой вариант из присутствующих сегодня на рынке. Они составляют около половины общей массы сенсоров перемещения;
• активные — томографический тип, микроволновый датчик движения или ультразвуковой;
• комбинации ИК- и фотоэлектрических.

Производители предпочитают комбинировать в одной модели разные типы сенсоров. Это связано с неизбежными для такого класса приборов погрешностями и ложными срабатываниями. Для увеличения точности и снижения шансов на «ложную тревогу» разработчики объединяют в едином корпусе несколько технологий (например, ИК и ультразвуковую). Это уменьшает процент фейковых реакций, но взамен иногда снижает характеристики чувствительности. Такое загрубление способно приводить к несрабатыванию на реальное движение, которое следовало бы зарегистрировать.

По месту крепления датчики бывают:

• потолочные;
• настенные.

Уровни защиты

По месту установки приборы делятся на внешние, с наружным монтажом, и внутренние — для работы в помещениях.

Пригодность к тем или иным условиям определяется категорией защиты IP. Для верного выбора важно понимать, что такое IP степень защищенности.

Значения данной характеристики кодируются двумя цифрами: первая указывает на степень защищенности от пыли и попадания прочих твердых предметов, вторая — на защиту от влаги. Например, маркировка IP20 говорит о пригодности для монтажа в жилых помещениях и офисах. Защита от влаги отсутствует, а корпус предохраняет компоненты от предметов размером выше 12.5 мм. В ванной комнате такой прибор ставить нельзя.

IP44 — защита более серьезная:

• корпус предохраняет от частиц более 1 мм;
• обеспечена защищенность от водяных брызг.

Такой вариант лучше подойдет для ванных комнат, кухонь, гаражей и прочих влажных и загрязненных мест. Максимальная степень IP в этом классе оборудования — 65. Это уличный вариант, такие приборы способны работать вне помещений в любое время года, не боятся кратковременных воздействий прямых струй воды, защищены от пыли и температурных перепадов. Они часто используются как уличные датчики движения для освещения.

Выбор места расположения

Рекомендации по установке
Выбирают место с учетом типа датчика и способа монтажа.

• Потолочные закрепляют на высоте 2,5–3 м. Радиус действия составляет 10–20 м, обычно этого достаточно.
• Настенные монтируют внутри здания или на улице. Высота фиксации – 2–2,5 м. Радиус действия разный.

Ультразвуковые и микроволновые сенсоры наиболее эффективны, если объект двигается к ним. Инфракрасные лучше работают, если объекты перемещаются поперек участка наблюдения. Это учитывают при размещении.

Датчик движения: как это работает

Любой прибор рассматриваемого семейства реагирует на движение. Рассмотрим, как работают разные виды датчиков движения.

Инфракрасный

Его принцип действия — анализ поступающего на рабочую поверхность тепла. PIR-разновидности не генерируют его сами, а лишь регистрируют входящее.

Инфракрасный прибор конструктивно содержит два теплочувствительных элемента. Для правильной фокусировки лучей перед каждым модулем размещена линза Френеля. Принцип работы типичного PIR-прибора таков:

• линзы направляют излучение на «свой» рабочий модуль;
• при отсутствии движения в зоне видимости каждый из таковых получает примерно одинаковое количество тепла;
• при появлении теплового объекта ИК лучи проходят через линзы на одну часть термодатчика. Показания между ней и второй частью начинают различаться, и прибор «понимает», что мимо него кто-то прошел.

Разумеется, схема применением двух линз весьма проста и груба, хотя и пригодна, к примеру, для включения освещения по сенсору в простых случаях. Поэтому в действительности каждый прибор оснащается несколькими десятками линз. Внешне такой модуль выглядит как фасеточный глаз стрекозы и выведен на корпус в виде ячеистого окошка, скрывающего теплочувствительные компоненты.

В качестве последних в основном используют пироэлектрические элементы. Менее распространены полупроводниковые варианты и микроболометры с термопарами.

Ультразвуковые датчики

Эти приборы анализируют не воспринимаемый слухом человека ультразвуковой спектр. Принцип действия датчика движения таков:

• встроенный генератор ультразвука с определенной периодичностью испускает пучки акустических волн;
• после этого он переходит на прием и измеряет отраженный звук.

Если картина отраженного ультразвукового «эха» не изменяется, в зоне покрытия движения нет. Когда оно появляется, допплеровский эффект искажает эхо и работающий прибор понимает, что обстановка поменялась. Если зарегистрированное изменение превысит установленный настройками порог, сенсор сработает.

Генерирующим УЗ блоком обычно служит кварцевый или керамический пьезоэлемент, встречаются образцы с вибрирующей в электростатическом поле мембраной.

Радиоволновые

Принцип работы датчика движения данного типа похож на работу ультразвуковых, но измеряется не отраженный звук, а радиосигнал.

Преимущества радиодатчиков — в способности работать с площадями вне прямой видимости. Радиоволны в состоянии преодолевать неметаллические препятствия наподобие стен, и такие приборы можно использовать для контролирования скрытых за преградами помещений и объектов. Но реагирующее на радиоизлучение устройство стоит дорого, поэтому эти приборы (как и микроволновые) редко используются в домашних комплексах автоматизации, хотя нашли применение в системах наблюдения за крупными коммерческими площадями — цехами, складами и так далее.

Фотоэлектрические

Как видно из названия, они реагируют на свет. Их принцип работы — прерывание пучка падающего светового потока. Если прибор затеняется, он срабатывает.

Техническое устройство датчика движения рассматриваемого типа просто, такие приборы конструктивно составлены из двух частей:

• испускающей световые волны;
• принимающей.

Последняя содержит модуль генерирования тока под действием излучения. Если поток перекрыт, прибор сработает.

Самый простой пример применения фотосенсоров — в метрополитене: благодаря им работают турникеты метро. Если пассажир пытается пересечь турникет не заплатив, датчик реагирует и закрывает проход.

Схемы подключения

Для решения различных задач датчики движения подключаются по различным схемам. Наиболее простой вариант – прямое включение осветительного прибора, как показано на рисунке ниже.

Рис. 6. Схема подключения датчика движения

Если вы допускаете возможность коммутации осветительного оборудования в обход датчика движения по личным надобностям, то лучше использовать схему с функцией шунтирования:

Рис. 7. Схема с шунтирующим выключателем

Как видите, здесь клавишный выключатель позволяет включить освещение даже без сигнала от сенсора. Для тех случаев, когда датчик движения должен срабатывать только в темное время суток, применяется схема с фотореле:

Рис. 8. Схема с фотореле

Если вы хотите, чтобы осветительное оборудование включалось от движения в нескольких зонах, тогда используется схема подключения одного светильника к двум и более датчикам:

Рис. 9. Схема с двумя датчиками движения

Особенности

Датчик движения почти никогда не используется «сам по себе». В автономном режиме он просто фиксирует возникновение изменений в подконтрольной области, поэтому должен передавать информацию об этом связанным устройствам или программному обеспечению. А они, в свою очередь, будут выполнять заданные пользователем действия:

• включать уличное или внутреннее освещение;
• запускать сигнал тревоги;
• рассылать оповещения и уведомления;
• активировать то или иное оборудование;
• менять параметры климатических установок и других сопряженных приборов.

Например, охранные датчики движения практически всегда включают в комплексные пультовые системы охраны. Специалисты в ходе установки настраивают подключение компонентов, а взаимодействуют последние через предоставляемый и конфигурируемый поставщиком услуг (частной или вневедомственной охраной) контроллер. А датчик для включения света, например, через центральный блок управляет освещением.

Если же пользователь занимается самостоятельной установкой и приобретает компоненты системы по отдельности, он также должен купить, установить и настроить соответствующий центральный контроллер. Как правило, вместе с таковым его поставщик предоставляет клиентам доступ ко специальному облачному сервису, где настраиваются связи между компонентами и сценарии их взаимодействия. Такого подхода придерживается, например, компания Xiaomi в своей экосистеме «умного дома».

Диаграмма направленности

Для максимальной эффективности прибора критически важно правильно его установить и сориентировать. Выше было указано, что существует потолочный и настенный вариант установки; само по себе это деление не означает, что потолочный сенсор нельзя поставить на стену, или наоборот, но эффективность и точность при этом может снижаться.

Кроме того, перед выбором конкретной модели следует оценить геометрию пространства, где будет эксплуатироваться гаджет, и четко определить запланированную зону обзору. Если этим пренебречь, устройство после установки может «не видеть» движение на нужном владельцу участке.

Для определения следует замерить желаемый угол обзора и дистанцию, на которой будет требоваться четкая детекция перемещения. Многие датчики снабжаются диаграммой направленности, которая помогает правильной ориентации устройства:

Здесь:

• светлая область — общая зона обзора;
• белый пунктир — область уверенного обнаружения.

Возможности регулировки

После того, как датчик движения смонтирован и закреплен, необходимо его настроить. На корпусе прибора присутствуют поворотные элементы, которые позволяют регулировать его чувствительность и другие параметры. Чаще всего используются устройства типа ДД, с наличием датчика освещенности.

Регулировка угла наклона

Регулировка датчика движения начинается с выбора угла наклона
В первую очередь, особенно для тех датчиков, которые устанавливаются на стенах, следует выставить угол наклона. Для этого на каждом датчике имеется поворотный кронштейн. Угол делают таким, чтобы датчик срабатывал при определенных условиях. Как это сделать? Лучше экспериментальным путем.

Как правило, датчики движения устанавливаются на высоте около 2-х с половиной метров. Даже датчики движения, которые рассчитаны на минимальный угол обзора по вертикали, способны контролировать значительную территорию. Как уже было сказано выше, экспериментальным путем, изменяя угол наклона, добиваются того, чтобы прибор устойчиво работал в пределах заданных параметров. Зачастую это отнимает много времени, но результат получается самый оптимальный.

Регулировка чувствительности

В основном, регулировки выглядят так
Под регулятором этого параметра имеется обозначение «SEN». Другими словами, этот параметр предназначается для того, чтобы прибор не реагировал на кошек и на собак. Прибор регулируется в пределах от минимальной (min) до максимальной (max) величины.

Настройка этого прибора по этому показателю также осуществляется экспериментально. Можно поступить следующим образом: прибор выставляется на минимальную чувствительность и постепенно она увеличивается до тех пор, когда устройство начинает реагировать на человека. На этом следует остановиться и проверить несколько раз, насколько устойчиво работает датчик. Если срабатывает датчик через раз, то чувствительность можно увеличить. Если чувствительность увеличить значительно, то высока вероятность того, что он будет реагировать и на животных.

Регулировка времени задержки выключения

Время свечения или время задержки — выбираете как вам больше нравится
Под регулировочным элементом имеется надпись «Time». Пределы регулировки начинаются с 3 секунд и до 15 минут, что достигается с помощью поворота регулировочного элемента. На каждой модели указывается минимальное и максимальное время задержки. Этот параметр определяется также экспериментальным путем, достаточно засечь время задержки.

Подстройка под уровень освещенности

Под регулировочным элементом этот параметр обозначается буквами «LUX». С помощью этого регулировочного элемента регулируют чувствительность фотореле. Если этого элемента нет, значит фотоэлемента в датчике нет. Отрегулировать этот параметр не составит никакого труда, достаточно установить регулятор в положение «max», а затем вечером, при определенном уровне освещенности регулятор поворачивают в сторону «min», пока датчик сработает, и лампочка не выключится.

Датчик движения на 220 вольт для включения света. Настройка времени горения, установка (DIY № 005)

После подобных регулировок прибором можно пользоваться.

Где используется

Как уже говорилось, основная сфера применения датчиков движения — домашняя автоматизация, создание систем контроля и наблюдения в зданиях, и охрана. С помощью таких сенсоров можно организовать:

• автоматизированное освещение через датчики движения для включения света и соответствующие контроллеры/переключатели;
• управление климатической системой по триггерам;
• распознавание неавторизованного доступа в помещения, и так далее.

Подобные приборы помогают экономить. Так, их включение в комплекс автоматического управления светом и кондиционированием снижает расходы компании или домовладельца на свет на 70%, а энергопотребление — до 40%.

Сенсоры перемещения применяются в:

• авиастроительной индустрии;
• оборонной промышленности;
• девелопменте;
• автомобилестроении;
• разработке потребительской электроники, и так далее.

Применение в охране

Если такой датчик включен в комплекс пультовой охраны, он при обнаружении движения включит сирену, а также отправит сигнал тревоги на пульт диспетчера. Получив его, охранная организация сможет выслать на место отряд быстрого реагирования.

Если устройство функционирует в составе домашней охраны, «умного дома» и подобных систем, оно сможет отправить владельцу уведомление по SMS, электронной почте или иными способами. Некоторые решения умеют даже выполнять звонки по одному или нескольким «доверенным» телефонным номерам.

Рекомендуем прочитать: система СКУД — что это такое, как она помогает повысить безопасность объекта при доступе к нему множества лиц.

Среди прочих возможных функций датчика:

• включение видеонаблюдения;
• блокировка замков в помещении;
• обесточивание техники;
• включение (или, наоборот, выключение) света;
• любая другая функция, которую позволяет реализовать конкретный набор оборудования и ПО.

Автоматизация освещения

Датчик может предназначаться для системы уличного или внутреннего освещения. В зависимости от местоположения он способен давать команды на выключение света и его включение, а также изменение уровня и цвета освещенности (с задержкой и без).

В общем случае сенсор отправляет сигнал на контроллер освещения, который выполняет дальнейшие действия согласно заложенным в него сценариям и программам, активирует выключатели и так далее. Но существуют и переключатели с уже встроенными чувствительными компонентами. Часто их применяют в качестве уличных датчиков движения для включения света. А если добавить в систему ещё и световой датчик включения света, то можно дополнительно сэкономить электроэнергию, так как свет не будет включаться днем, когда и так светло.

Распространены решения для управления «умными лампами» и светодиодными RGB лентами.

Климатические системы

Соответствующим образом настроенный климат-контроль по сигналу сенсора изменяет мощность, температуру и прочие параметры. Для этого:

• датчик передает контроллеру информацию про обнаруженное движение (а также его прекращение);
• центральный блок запускает последовательность команд, включая климат-контроль, выключая его или меняя режимы.

Например, если в холодное время от комнатного датчика придет сигнал, контроллер прикажет терморегуляторам отопления прибавить тепла, чтобы быстро создать комфортные условия. А при отсутствии перемещений в зоне действия летом прибор заставит кондиционер уменьшить мощность.

Производители и цены

В приборах движения цена напрямую связана с качеством и производительностью прибора. Чем дороже устройство – тем большую зону оно способно охватить. Среди популярных марок стоит отметить приборы фирм:

• Camelion;
• Theben;
• Ultralight.

Стоимость сенсоров начинается от 400 рублей и доходит до нескольких тысяч. Самые рейтинговые среди бюджетных моделей по версии Яндекс.маркета.

Где купить датчики

Приобрести датчики движения можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых светильников есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»

Меры предосторожности

1. МК-извещатели не рекомендуется устанавливать на близком друг от друга расстоянии, даже если между ними имеется какая-то преграда. Кроме того, в поле их наблюдения не должны попадать окна и двери, если датчик движения не рассчитан на отслеживание перемещений за ними.
2. ИК-извещатели не рекомендуется устанавливать вблизи кондиционеров, отопительных радиаторов и других приборов, вырабатывающих тепло.
3. УЗ-извещатели нельзя использовать в доме, если есть домашние питомцы.
4. Все работы по установке и ремонту детекторов движения должны проводиться только профессиональным электриком.
5. К детекторам движения не допускается подключать устройства с суммарной потребляемой мощностью выше, чем указано в таблице допустимых значений, прилагаемой в инструкции.
6. Сечение используемых проводов должно соответствовать коммутируемым нагрузкам и быть не менее 1 мм кв.