Как устроен датчик движения

Как правильно выбрать датчик движения – принцип работы устройства

Датчиком движения именуют маленькую составную часть приспособлений, относящихся к разряду датчиков обнаружения.

• Устройство и принцип работы ↓
• Область применения ↓
• Виды датчиков движения ↓
• Ультразвуковой ↓
• Инфракрасный ДД ↓
• Микроволновый ДД ↓
• Комбинированные ДД ↓
• Как выбрать датчик движения? ↓
• Лучшие модели ↓
• Flash-SRP600, LC 100 (цена – 403,1 руб.) ↓
• Crow LC 102 (цена – 1 397,96 руб.) ↓
• SWAN 1000 (цена-1410 руб.) ↓
• Страж П-314 (цена -2 913,03 руб.) ↓
• PIR-3SP (цена – 2890 руб.) ↓
• Установка датчика ↓
• Выводы ↓

Главная цель подобных аппаратов, в охранной сфере – сообщение о действиях, указанных в программе, на специальный пульт.

Датчики движения подлежат классификации по месту их размещения:

• размещенные внутри объекта;
• расположенные по всему периметру на улице;
• установленные по периферии;

Типичные действия, которые входят в программу датчиков:

• реагирование на телодвижения людей, на обозначенной территории;
• сообщение о повреждениях форточек, стекол, оконных и балконных конструкций;
• уведомление о попытках вторжения через стены и крышу;

Устройство и принцип работы

Устройство ИК датчика:

Принцип работы датчика движения:

Принцип работы и само устройство ДД достаточно просты:

1. В прибор установлен датчик, замечающий излучение тепла людей, после чего, срабатывает система, например, осветительных устройств.
2. На подконтрольной территории ДД, при возникновении движения, которое спровоцировал человек, осуществляется замыкание силовой цепочки.
3. Осуществление контрольных функций без перерыва, в установленном месте, за инфракрасным излучением – главный принцип срабатывания ДД.
4. В месте наблюдения, тепловое поле изменяется, при появлении достаточного по весу, объекта в движении.
5. В контролируемой зоне, ДД может подать сигнал, если телодвижения человека не существенные, например, он просто размахивает рукой. Это возникает из-за чередования зон общего инфракрасного поля в шахматной последовательности.
6. Для срабатывания датчиков важно, чтобы объект двигался.
7. С помощью ДД можно производить управление электронными аппаратами – освещением, работой кондиционеров, мероприятий охраны.

Во всех ДД возможно поменять настройки:

1. Промежуток времени отключения. Можно задавать любое время с момента обнаружения движения.
2. Предел освещенности. Это нужно для того, чтобы контролировать работу аппарата в разный период суток.
3. Порог чувствительности. Чем больше чувствительность, тем быстрее прибор среагирует.

Область применения

Наиболее распространенные ситуации, при которых использование ДД будет полезным:

• регулировка процессов запуска фонтана;
• управление функцией подсветки плавательного бассейна, искусственных водоемов;
• регулировка процесса деятельности световых приборов при входе в помещения;
• охранные объекты;

Виды датчиков движения

На сегодня, наибольшим спросом пользуются виды ДД:

• ультразвуковые (УЗ);
• инфракрасные (ИК);
• микроволновые (СВЧ);
• комбинированные;

Каждый вид имеет достоинства и недостатки, применяется в разных условиях.

Рассмотрим по отдельности обозначенные типы ДД:

Ультразвуковой

Осуществляет слежку за объектами ультразвуком. При передвижении людей, датчик срабатывает. Их часто устанавливают в патронниках автомашин, в системах осуществления контроля за слепыми зонами. В жилых комплексах отменно показали себя на лестничных площадках.

Недостатки УЗ ДД:

1. У животных вызывает дискомфорт, поскольку они чувствуют ультразвуковые частоты.
2. Дальность действия не далека.
3. Начинает работать только при резких движениях, их можно обмануть плавными действиями.

Плюсы УЗ ДД:

1. Невысокая ценовая категория.
2. Не подвержены воздействиям природной среды.
3. Фиксируют движения при любых материалах объекта.
4. Не теряют рабочие функции при возникновении влажности, пыли.
5. Не реагируют на перепады температурного режима окружающей среды.

Инфракрасный ДД

Обнаруживает изменения теплового излучающего действия окружающих объектов. При передвижении людей, излучение по очереди фокусируется линзами прибора на сенсоре, что служит посылом для выполнения установленной в датчике функции. При повышении количества установленных линз, увеличивается чувствительность аппарата. Зона охвата у ДД зависит от площади поверхности линз.

Недостатки ИК ДД:

1. Они могут ложно срабатывать на теплый ветер.
2. При работе в уличных условиях, снижается достоверность из-за попадания дождя, солнечных лучей.
3. Не видит людей, искусственным образом не излучающих ИК излучения (накрытых специальными материалами).

Плюсы ИК ДД:

1. Точность регулирования расстояния нахождения объектов при их движении.
2. Удобство применения вне зданий, поскольку реагирует только на объекты с собственной температурой.
3. Полная безвредность для людей, животных, поскольку вредных компонентов не выделяет.

Микроволновый ДД

Выпускает магнитные волны высокой частоты, которые, отражаясь, замечаются сенсором. При их изменении, прибором приводится в действие, обозначенная у него функция.

Минусы СВЧ ДД:

1. Наиболее высокая цена на него.
2. Возможны ложные срабатывания, при появлении признаков движения за установленным диапазоном наблюдения, например, за окном.
3. Могут представлять опасность здоровью людей, следует отдавать предпочтение ДД с минимальной мощностью производимого излучения. Безвредным считается непрерывное излучение с потоком мощности до 1 мВт.

Плюсы СВЧ ДД:

1. В охранных целях, может устанавливать объекты за хрупкими стенами, стеклами.
2. Режим его работы не влияет от температуры среды.
3. Реагирует даже на малозначительные движения.
4. Сам по себе имеет небольшие размеры,

Комбинированные ДД

Содержат сразу пару методов обнаружения признаков движения, например, ультразвукового и СВЧ. Это довольно удачный выбор для наиболее достоверного определения характера перемещения объектов на подконтрольной территории. Принцип работы этих устройств очень продуктивен. Недочеты одной технологии замещаются плюсами другой.

Как выбрать датчик движения?

Если устройство приобретается для установки в условиях улицы, то необходимо знать:

1. Температуры, при которых возможна эксплуатация прибора: от -35 до +50 градусов, влажность – до 100 %.
2. Класс, к которому отнесена защита устройства.
3. Качество и удобство настройки параметров прибора.
4. Присутствие антисаботажной функции, которая дает уведомления, если кто-то пожелает сломать аппарат.

Перед тем, как приступить к выбору ДД, следует выделить основные параметры:

1. Сфера использования: дома, на улице, в организации.
2. Наличие энергосберегающей функции.
3. Дальность режима срабатывания.
4. Точная настройка параметров включения и выключения датчика.

Советы по выбору:

1. Для квартир, домов лучше всего приобретать инфракрасный датчик обнаружения движения, он не представит опасности для людей, от него не исходят излучения, он экономично расходует электроэнергию.
2. Не рекомендуют использовать ДД с люминесцентными лампочками, предпочтение лучше отдавать светодиодным или обычным.
3. Класс защиты, для уличных вариантов ДД, охранного наклона, должен составлять 65 или 55.

Лучшие модели

Самыми популярными вариантами датчиков движения признаны:

Flash-SRP600, LC 100 (цена – 403,1 руб.)

Модель Flash не срабатывает на появление животных, если вес их меньше 25 кг.

Crow LC 102 (цена – 1 397,96 руб.)

Приборы Crow LC102, SWAN 1000 являются комбинированными, они очень точные.

SWAN 1000 (цена-1410 руб.)

Страж П-314 (цена -2 913,03 руб.)

Их применяют в сфере охраны. Он не дает реакцию на телодвижения животных. Работа распространяется на определение ИК излучения людей. При обнаружении ИК излучения, датчик выясняет вес объекта и сигнализирует на пульт, когда он больше 20 кг.

Преимущества:

• простота в процессе установки;
• имеет модный дизайн;
• его можно устанавливать на улице;

PIR-3SP (цена – 2890 руб.)

Среди беспроводных ДД, большим спросом пользуется PIR-3SP. Он, так же не реагирует на движения животных, применяется в сфере охраны объектов.

Обработка поступающего сигнала происходит микропроцессором, который производит дополнительную проверку информации.

Преимуществами прибора являются:

• подача сигналов тестирования на центральный блок;
• при разряде батареи подается сигнал;
• применение протокола шифрования данных с кодом;

Установка датчика

Процесс установки датчиков движения технически не сложен и не составит труда для профессионала в этом деле. Без специальных познаний, лучше этим не заниматься.

Кабель ДД соединяется с общей проводкой целого дома или помещения, через стандартную коробку распределения.

Совместно с датчиком движения, как правило, сразу происходит установка таймера, сенсорных устройств, реагирующих на изменения интенсивности внешнего освещения. Это делается для того, что бы ДД включался только при наступлении темноты на улице.

В процессе установки датчиков, нужно учитывать габариты помещения, расположение оконных и дверных проемов, наличие козырьков, поскольку все это оказывает влияние на правильную и достоверную работу приборов.

Подробные инструкции по установке ДД и мер безопасности, которые следует при этом соблюдать, указаны в паспортах купленных приборов.

Основные принципы работы датчиков движения

При упоминании прибора под названием «датчик движения», в первую очередь возникают ассоциации с охраной банков, музеев и секретных объектов. Воображение рисует картинку пересекающихся лазерных лучей, через которые виртуозно пробирается шпион или грабитель.

Отчасти, это верно, поскольку некоторые виды датчиков обнаружения движения используются в охранных комплексах. Однако по мере удешевления технологии, эти устройства стали доступными для широких масс. Тем более что принцип работы датчика движения никогда не являлся секретом, и от использования его в домашних условиях удерживала только высокая стоимость.

Для чего нужен датчик движения

В шпионских боевиках он показан, как грозный страж, включающий пулеметы при проникновении на важный объект. Может быть, такая система и существует, проверять не будем. На самом деле, датчики движения регистрируют любые виды перемещения объектов, и сообщают информацию в некую электронную систему.

Что происходит дальше

В зависимости от того, как устроен алгоритм работы, после срабатывания сенсора может произойти следующее:

• включение (отключение) освещения;
• запуск вентиляции;
• начало (прекращение) работы некоего механизма;
• включение отопительной системы;
• срабатывание охранной тревоги;
• старт видеозаписи;
• передача информации на центральный пульт управления объектом либо механизмом.

Список можно продолжить, но из него уже понятно назначение прибора: любые его разновидности предназначены для подключения некоего алгоритма при появлении в секторе обзора предмета или живого организма.

Принцип действия датчика движения

За исключением механических приспособлений, вроде натянутой проволоки или веревки (такие типы датчиков движения существовали до изобретения электричества), сенсоры представляют собой электронное устройство. Для того чтобы обнаружить перемещение объекта, необходимо работа по принципу радара. Собственно, радары и эхолокаторы — это разновидности вышеупомянутых датчиков, только покрупнее масштабом. Принцип работы бытового (гражданского) датчика движения также основан на пересечении любого вида излучения. По принципу работы с сигналом, сенсоры бывают трех видов:

• Прерывающие (линейные): в основе излучатель линейного сигнала (как правило, лазерный луч), и приемник. Пока фотодатчик фиксирует излучение — прибор в состоянии покоя. При пересечении луча движущимся объектом — устройство подает сигнал.Преимущество такой технологии в простоте реализации. Недостаток — одиночный луч легко обойти. Кроме того, такой сенсор состоит из двух частей, что не всегда удобно.
• Отражающие (объемные): в основе лежит принцип работы радара. Излучатель посылает рассеянный или концентрированный сигнал (по выбору заказчика). Если на его пути нет препятствия, датчик в состоянии покоя. Любой попавший в сектор действия предмет, отразит часть излучения.Отраженные волны улавливаются приемником, установленным в том же корпусе, и сенсор переводится в состояние тревоги. Преимущества: широкий сектор обзора, удобно монтировать (электроника в одном корпусе), возможность настройки. Недостаток: нужно отсекать ложные срабатывания, иначе прибор будет функционировать невпопад.
• Пассивные: сами ничего не излучают. Как же работают такие датчики движения? Их чувствительные сенсоры улавливают волны, испускаемые другими предметами. Преимущество — простота и дешевизна, отсутствие ненужного волнового фона. Недостаток: улавливают только одушевленные предметы (люди, животные). Большинство сенсоров этого типа настроены на тепловой фон живых существ.

Какой прибор выбрать? Зависит от задач. Для защиты или фиксации появления объекта в коридоре или некоем портале (дверь, проем, окно), подойдет прерывающий комплект сенсоров. Если необходимо зафиксировать перемещение в замкнутом пространстве или на территории — лучше выбрать отражающий или объемный датчик.

Именно по этому принципу работают популярные датчики движения для включения (выключения) света. Только при попадании объекта в сектор действия, не срабатывает сигнал тревоги, а включается освещение.

Информация: Экономистами подсчитано, сколько электроэнергии сохраняет использование датчиков движения для автоматического включения света. Деньги, затраченные на приобретение этого оборудования, окупаются в течение 1–2 лет.

Правда, есть несколько оговорок:

• использование сенсора для освещения разумно только на территориях (в помещениях), где редко находятся люди;
• при многократном подключении (отключении), люминесцентные и спиральные лампы быстро выходят из строя: лучше использовать LED или галогеновые светильники.

Устройство и технологии датчика движения

• Начнем с прерывающих. Как мы уже знаем, прибор состоит из излучателя и приемника. Простейшая реализация — фото пара с линзой, формирующей направленный луч. Однако подобные устройств не применяются уже несколько десятков лет. Какой датчик можно считать современным? Тот, который использует когерентный или поляризованный луч. То есть, лазер.

Для справки: Лазерный луч может быть видимым или невидимым. Это расширяет возможности прибора при использовании в охранных системах.

Вариантов исполнения два: в одном корпусе или с разделенным приемником и передатчиком. В первом случае необходимо электрическое объединение двух узлов в единую электрическую систему. Второй вариант использует отражающую поверхность, и луч возвращается в приемный сенсор, расположенный рядом с излучателем.

Для улицы такое исполнение не подойдет, слишком много потенциальных предметов для срабатывания (птицы, животные). Поэтому необходимо дублировать лучи, расположенные на расстоянии (чтобы не было ложных срабатывания на малые объекты).

Отражающие также являются излучателями, со своим приемником в корпусе. По использованию волн, делятся на три группы:

• Как работает микроволновый датчик движения? Он излучает СВЧ волны, которые формируют вокруг него некий фон из волн высокой частоты. Они отражаются от предметов, и «мозг» датчика запоминает объемную картинку в виде уровня излучения в разных плоскостях. При появлении внутри этого фона постороннего предмета, уровень отраженного излучения меняется. Это фиксируется приемником, и включается сигнал оповещения. После исчезновения объекта, датчик возвращается в состояние покоя.
• Еще один похожий вариант — электромагнитный сенсор. Регистрирует изменение магнитного поля при попадании в сектор объемных предметов. Чувствительность ниже, высокая зависимость от помех.
• Ультразвук. Практическое его применение мы знаем по прибору УЗИ, который применяется в медицине. Бывают и другие варианты использования: датчики движения. Генератор ультразвука постоянно испускает УЗ волны в заданном секторе. Проверить (засечь) работу прибора сложно, поэтому эти виды сенсоров популярны в охранных системах. При возникновении препятствия, звуковые волны возвращаются и регистрируются приемником. Происходит срабатывание датчика.

Несмотря на высокое качество и скрытность, эти виды сенсоров применяются и в системах автоматического включения освещения.

Информация: Единственное ограничение — нежелательно применение на объектах с домашними животными. Некоторые особи негативно реагируют на ультразвук.

Такие датчики отлично работают в помещении и на улице. Выглядят они по-разному, но обязательно с цилиндрическим окошком в корпусе.

Пассивные инфракрасные системы редко применяются в охранной сигнализации, зато активно работают с источниками освещения. Задайтесь вопросом: как выбрать датчик движения для включения света? Он не должен регистрировать неодушевленные предметы (например, автомобили) и птиц с животными. При этом прибор обязан фиксировать появление в зоне действия человека. Получаем единственно верное решение: приемник инфракрасного излучения. Сенсор настраивается на тепло человеческого организма и соответствующий размер источника излучения. Для этого чувствительный инфракрасный сенсор располагается за специальной линзой Френеля, концентрирующей тепло в одной точке. Далее сигнал поступает в электронный блок управления, оснащенный вспомогательными модулями:07

• реле времени задерживает момент включения от случайных кратковременных срабатываний;
• сумеречный выключатель отключает прибор в светлое время суток;
• блок ступеней переключения настраивается под определенный размер «объекта», чтобы кошки и птицы не включали свет.

Комбинированные приборы сочетают в себе сенсоры разных типов, и применяются для решения особо ответственных задач, где не допускаются ошибки в срабатывании.

Можно ли изготовить такой прибор самому, и как его отключить

Любой домашний умелец задается вопросом: как сделать датчик движения своими руками? Саму электросхему управления собрать несложно. Проблема в источнике и приемнике излучения. Проще использовать готовый излучатель волн, просто интегрируя его в свой проект. Наиболее удачными являются датчики для систем на базе Arduino.

Еще одна популярная самоделка — лазерная указка с фотоприемником, размещенным на линии пересечения. Но это не более чем развлечение: для серьезных задач такой прибор не подходит.

Еще одна мысль, которая приходит в некоторые беспокойные головы: как отключить датчик движения.

Важное предупреждение: Информация не предназначена для криминального применения!

Если отключение связано с режимом использования — нет проблем. Просто отсоедините сенсор от блока питания, и он перестанет включать свет. Например, когда объект закрыт. В остальных случаях поступайте так (не для злого умысла):

• инфракрасные сенсоры заклеиваются металлическим скотчем;
• микроволновый прибор перестает принимать сигналы, если покрыть окошко прозрачным лаком из аэрозольного баллончика;
• УЗ датчик экранируется только металлом или металлизированным скотчем в 2–3 слоя.

В любом случае, информация о том, что на объекте не работает датчик движения, будет зарегистрирована владельцем. Кроме того, прежде чем вам удастся отключить сенсор, ваше появление будет зафиксировано.

Какой датчик выбрать

О производителе мы не говорим, это личное предпочтение каждого. Исходя из информации в данной статье, вы можете выбрать тип сенсора по виду излучения, подходящий для ваших целей.

Совет: Не пытайтесь получить высокие показатели качества от прибора в нижнем ценовом сегменте.

Равно как и нет смысла искать универсальный датчик: тип определяется условиями применения.

Видео по теме

Датчик движения: что это такое и как работает?

Главная страница » Датчик движения: что это такое и как работает?

Электронный датчик движения что такое? Ответ очевиден – чувствительный прибор, как правило, из класса устройств систем безопасности. Правда, есть также конструкции, предназначенные, к примеру, для управления источниками освещения и другими устройствами. Работа датчика движения строится по принципу генерации сигнала в случае обнаружения какого-либо движения в границах контролируемой зоны. Приборы делаются на базе разных технологий. Применение таких чувствительных сенсоров становится всё более востребованным и не только в хозяйственно-промышленной сфере, но также в сфере бытовой. Рассмотрим, какие выпускаются устройства, а также примеры использования.

Типичное исполнение детекторов движения

Рассматриваемые датчики классифицируются в зависимости от способа обнаружения движения объекта. Существуют две классификации приборов:

1. Активные.
2. Пассивные.

Детекторы активного действия

Детекторы активного действия являются устройствами, функционирующими по принципу радарной схемы. Этот тип приборов излучает радиоволны (микроволны) в границах контролируемой зоны. Микроволны отражаются от существующих объектов и принимаются сенсором датчика движения.

Упрощённая схематика конструкции сенсора активного действия: 1 – источник (передатчик) микроволнового излучения; 2 – приёмник отражённого микроволнового сигнала; 3 – сканируемый объект

Если в зоне контроля обнаруживается движение в момент трансляции датчиком микро-излучения, создаётся эффект — доплеровский (частотный) сдвиг волны, который воспринимается вместе с отражённым сигналом.

Этот фактор сдвига указывает на то, что волна отразилась от движущегося объекта. Будучи электронным устройством, датчик сканирования движения способен вычислить такие изменения и отправить электрический сигнал:

• в систему сигнализации,
• на переключатель света,
• на другие устройства,

схематично подключенные к датчику обнаружения движения.

Активные микроволновые датчики сканирования движения, в основном используются, к примеру, на автоматически работающих дверях торговых центров. Но вместе с тем этот тип приборов удачно подходит для домашних охранных систем или коммутации внутреннего освещения.

Этот вид электроники не подходит для коммутации наружного освещения или аналогичных применений. Обусловлено это массовостью активных объектов в условиях улицы, которые постоянно двигаются.

Например, движение ветвей деревьев от ветра, перемещение мелких животных, птиц и даже крупных насекомых, фиксируются активным сенсором, что приводит к ошибке срабатывания.

Детекторы пассивного действия (PIR – passive infrared)

Пассивные датчики движения – полная противоположность активным сенсорам. Пассивные системы ничего не посылают. Попросту обнаруживают инфракрасную энергию.

Конструктивное исполнение сенсора пассивного типа: 1 – Мульти объектив; 2 – Оптический фильтр; 3 – счетверённый инфракрасный элемент; 4 – металлический корпус; 5 – инфракрасное излучение; 6 – стабилизированный источник питания; 7 – усилитель; 8 — компаратор

Инфракрасные (тепловые) уровни энергии воспринимаются пассивными детекторами, непрерывно сканирующими область контроля или объект.

Учитывая, что инфракрасное тепло излучается не только от живых организмов, но также от любого объекта с температурой выше абсолютного нуля, можно сделать выводы о пригодности применения.

Эти датчики обнаружения движения не были бы эффективными, если бы их можно было активировать маленьким животным или насекомым, которое перемещается в диапазоне обнаружения.

Однако большинство существующих пассивных датчиков допустимо настроить на восприятие движение так, чтобы контролировать объекты с определенным уровнем испускаемого тепла. Например, прибор вполне можно настроить только на восприятие людей.

Сенсоры гибридной (комбинированной) конструкции

Комбинированный (гибридный) технологический датчик сканирования движения представляет собой систему комбинации активной и пассивной схемы. Такая электроника активирует действие только в случае обнаружения движения и той и другой схемой.

Комбинированные системы видятся полезными под применение в модулях сигнализации, так как уменьшают вероятность срабатывания на ложных тревогах.

Вместе с тем, эта технология обладает своими недостатками. Комбинированный прибор не в состоянии обеспечить такой же уровень безопасности, как отдельно взятые PIR и СВЧ-датчики.

Это очевидно, поскольку сигнал тревоги срабатывает только при обнаружении движения активным и пассивным датчиками одновременно.

Допустим, если злоумышленнику удастся каким-то способом предотвратить обнаружение одним из датчиков комбинированного прибора, движение останется незамеченным.

Соответственно, сигнал тревоги не будет отправлен на микропроцессор центральной системы сигнализации. На сегодня самым популярным типом комбинированных датчиков считается конструкция, где объединяются схемы PIR и микроволнового датчика.

Исполнение датчиков движения

Датчики сканирования на движение, разработанные и выпускаемые на текущий момент времени, обладают различными формами и габаритными размерами. Ниже приводятся несколько примеров исполнения устройств.

Пассивные инфракрасные конструкции (PIR) — пример

Одна из широко используемых конструкций, которые применяются в составе схем домашних системах безопасности.

Пассивные инфракрасные детекторы нацелены на отслеживание изменения уровня инфракрасной энергии, вызванного движением объектов (человека, домашних животных и т. п.).

Распространённая конструкция пассивного сенсора, которая отличается простейшей электронной схемой и не создаёт затруднений при подключении. Используются всего три электрических контакта

Сканеры пассивного действия изменчивостью источников тепла и солнечного света, поэтому детектор движения PIR более подходит для обнаружения движения внутри помещений или в иной закрытой среде.

Активные инфракрасные датчики — пример

Активные инфракрасные детекторы используют структуру двунаправленной передачи. Одна сторона – передатчик, используется для испускания инфракрасного луча.

Другая сторона – приемник, используется для приема инфракрасного сигнала. Действие тревоги происходит при обнаружении прерывания луча, связывающего две точки.

Пример однолучевого активного детектора обнаружения подвижек. Между тем существуют конструкции более сложной конфигурации, благодаря которым есть возможность решать различные задачи

Активные датчики сканирования движения типа «Infra Red Beam» в основном устанавливаются снаружи (в условиях улицы).

Обнаружение происходит благодаря использованию теории передатчика и приемника. Важно, чтобы инфракрасный луч проходил через зону сканирования и доходил до приемника.

Ультразвуковой детектор — пример

Датчики сканирования движения с помощью ультразвука выпускаются конструкциями, способными работать как в активном, так и в пассивном режиме. Теоретически ультразвуковой детектор действует по принципу передачи-приёма.

Один из примеров конструкции на основе ультразвука. Универсальные системы, которыми поддерживается функциональность как в активном, так и в пассивном режимах

Посылаются высокочастотные звуковые волны, которые отражаются от предметов и воспринимаются сканирующим приёмным устройством прибора. Если последовательность звуковых волн прерывается, активный ультразвуковой датчик подаёт сигнал тревоги.

Применение датчиков обнаружения движения

Некоторые из ключевых применений детекторов, когда необходимо отслеживать движение:

• аварийные сигналы вторжения
• управление автоматическими воротами,
• переключение освещения на входе,
• аварийное освещение безопасности,
• туалетные сушилки рук,
• автоматическое открывание дверей и др.

Ультразвуковые датчики используются для управления камерой слежения жилой недвижимости или, например, для съемки живой природы.

Инфракрасные сенсоры применяются для подтверждения наличия продуктов на конвейерных лентах

Ниже приведён практический пример использования датчиков активного и пассивного обнаружения движения.

Контроллер уровня жидкости на ультразвуковых датчиках

На приведенной ниже схеме показано, как контроллер (из набора Arduino) управляет уровнем жидкости, используя ультразвуковой датчик движения. Система работает, обеспечивая точные уровни жидкости в баке, управляя двигателем, определяя заданные пределы жидкости.

Практический пример реализации задачи на базе ультразвукового прибора и популярного набора Arduino, наглядно демонстрирующий ультразвуковой датчик движения что такое и как работает

Когда жидкость в резервуаре достигает нижнего и верхнего пределов, ультразвуковой датчик движения обнаруживает эти пределы и посылает сигналы на микроконтроллер. Микроконтроллер запрограммирован таким образом, чтобы управлять реле, которым в свою очередь управляется двигатель насоса. За основу берутся сигналы предельных условий, заданных на ультразвуковом датчике движения.

Датчик движения и автоматическое открывание дверей на PIR

Как и в приведенной выше системе, автоматическая система открывания дверей с использованием датчика движения PIR. В этом случае обнаруживается присутствие людей и выполняется операция с дверьми (открытие или закрытие).

Другая схема, где задействован уже прибор пассивного действия. Здесь также используется популярный конструктор Arduino – инструмент удобный для экспериментов и построения реальных электронных систем

Детектором PIR обнаруживается присутствие людей, после чего отправляется сигнал обнаружения движения микроконтроллеру. В зависимости от сигналов от датчика PIR, микроконтроллер управляет двигателем дверей в режимах прямого и обратного хода с помощью IC-драйвера.

Обзор принципа работы, устройства, видов и областей применения датчиков движения

Датчик движения -бесконтактное устройство, реагирующее на перемещение объекта в зоне отслеживания. Широко используется в системах охраны и автоматизации различных процессов, в том числе, освещения и кондиционирования. Понять, как работает датчик движения, могут не только специалисты. Это устройство современное, но не настолько сложное.

Сферы использования сенсоров

Область применения датчиков движения (ДД) чрезвычайно широка. Они необходимы для обнаружения посторонних на охраняемых объектах, присутствуют в каждой системе сигнализации. Но могут регистрировать не только несанкционированное проникновение: способны обнаруживать утечку газа, жидкостей, процесс открывания окон и дверей.

Датчики движения инициируют процесс записи в автомобильных видеорегистраторах и комплексных системах отслеживания. Современные энергосберегающие светильники также оснащены этими устройствами и обеспечивают освещение территории в момент присутствия на ней человека или группы людей. Аналогичным образом функционируют «умные» системы кондиционирования.

ДД регистрирует изменение тепловых или волновых характеристик в зоне обслуживания, но при стабилизации этого фона воспринимает его как норму. Так, если человек будет находиться на отслеживаемой территории какое-то время в неподвижном состоянии, освещение отключится.

Высокочувствительные датчики присутствия будут регистрировать малейшие изменения характеристик зоны обслуживания и неподвижность объекта не является для них поводом для возврата в исходное состояние. Таким образом, они выполняют ту же задачу, но более точно и тщательно. В связи с этим, датчики присутствия — более дорогие устройства, и стоимость техники, на которой они установлены, выше.

Как работает: устройство и принцип действия датчика движения?

Существует несколько видов ДД, отличающихся способом регистрации изменений в зоне наблюдения. Любой из них может быть встроен в прибор или являться самостоятельным выносным устройством в отдельном блоке.

Инфракрасный

Инфракрасные детекторы движения — наиболее распространенные пассивные приборы отслеживания. Большинство из них состоят из двух блоков:

• монтажного;
• аппаратного.

Эти элементы соединены между собой подвижным сочленением, обеспечивающим поворот корпуса и настройку угла обзора обслуживаемой территории. В аппаратном блоке находятся плата управления и сенсоры:

• пироэлектрический инфракрасный, функция которого заключается в распознавании движения;
• светочувствительный, представляющий собой фоторезистор, фиксирующий и оценивающий степень освещенности;
• полевой транзистор, выполняющий роль усилителя;
• в устройствах, работающих в системах тревожной сигнализации, установлены дополнительные детекторы.

Монтажный блок предназначен для фиксации прибора и соединения его с источником питания и другой аппаратурой. Например, прожектором освещения или блоком сигнализации. Также на нем находятся регуляторы для выполнения настройки работы ДД.

Принцип работы инфракрасного датчика движения основан на обнаружении и регистрации теплового излучения, исходящего от объекта, находящегося в зоне обслуживания. Пироэлектрический инфракрасный сенсор состоит из прозрачной кварцевой пластины и слоя керамики. У современных бытовых моделей максимальная дальность обнаружения движения — 12 м.

Микроволновый

Как и инфракрасный, микроволновый датчик движения (ДДМ) непрерывно сканирует зону отслеживания. Но принцип работы у него иной. Микроволновый реагирует на изменение радиочастотного (иначе называемого СВЧ или микроволнового) фона.

ДДМ непрестанно излучает электромагнитные волны, которые, в случае проникновения на обслуживаемую территорию, отражаются от объекта (нарушителя) и возвращаются к сенсору с измененными волновыми характеристиками.

Датчик регистрирует их и передает сигнал управляющей аппаратуре, выполняющей свои задачи: включение освещения, кондиционирования, тревожной сигнализации.

А инфракрасный — только те, которые способны излучать тепло. ДДМ работает по принципу радиолокации и способен вычислять и фиксировать скорость перемещения обнаруженного объекта.

Ультразвуковой

Из наименования устройства становится понятным, что работает оно с применением ультразвуковых волн. Такой датчик представляет собой прибор, состоящий из нескольких деталей. Одна из них — генератор ультразвука. Он работает в непрерывном режиме, испуская звуковые волны с частотой в диапазоне 20-60 кГц. Они проникают сквозь зону отслеживания, и при наличии в ней препятствий, отражаются назад, к датчику.

Далее срабатывает автоматика, выполняющая заданную функцию. Ею может быть подача электропитания на осветительный прибор.

Многие домашние животные способны воспринимать ультразвук и реагировать на него, часто негативно. Поэтому датчики, работающие по принципу генерирования УЗ волн, не рекомендованы для установки на территориях с присутствием животных.

Комбинированный

Комбинированные датчики движения созданы с целью использования лучших характеристик уже имеющихся: инфракрасных, микроволновых и ультразвуковых. И минимизировать присущие каждому из них недостатки.

С целью исключения этой ситуации, в одном приборе объединяют сразу два детектора: микроволновый и инфракрасный. Если второй не обнаруживает изменения температурного фона в зоне отслеживания, зарегистрированные первым помехи не принимаются к сведению.

Комбинированные датчики движения — наиболее мощные и точные приборы. Чаще всего они устанавливаются на потолке и способны обнаруживать присутствие объектов на расстоянии 10-12 м.

Схема датчика движения на примере стандартного HC-SR501

Датчик движения HC-SR501 — один из самых распространенных, работает по принципу регистрации инфракрасных волн. Прибор устроен просто, но для понимания принципы его работы необходимы специальные знания в области радиоэлектроники. Пользователю достаточно ознакомиться с упрощенной принципиальной схемой работы.

Конструкция прибора включает несколько элементов:

• пироэлектрический датчик 500ВР, состоящий из двух модулей;
• линза Френеля;
• микросхема BISS0001, управляющая работой устройства;
• комплекс резисторов и транзисторов.

• инфракрасные волны, излучаемые объектом в зоне наблюдения, последовательно попадают на первый и второй элементы пироэлектрического датчика;
• поочередное поступление сигналов фиксируется электронным модулем управления;
• формируется логический сигнал;
• реализуется заданная функция: подается питание на осветительный прибор, включается вентиляция, срабатывает сигнализация и др.

Помимо самого датчика движения, в конструкцию прибора входят исполнительное устройство и безтрансформаторный блок питания. В схеме ДД предусмотрена установка температурного и фотоэлемента, что расширяет спектр возможностей стандартного устройства.

Варианты крепления

Датчик движения HC-SR501 — компактный прибор, оснащенный тремя выходами:

• GND — земля;
• VCC — питание;
• OUT — цифровой, для передачи логического сигнала.

Выбор режима работы осуществляется с помощью модуля с тремя контактами и джампером (перемычкой).

• Н — при неоднократном срабатывании детектора остается высокий логический уровень;
• L — импульс формируется при каждом срабатывании сенсора.

На корпусе прибора имеется выступ с отверстием под крепежи: шурупы, саморезы. Датчик можно устанавливать на любые горизонтальные и вертикальные поверхности из дерева, пластика, гипсокартона, укрепив соответствующим образом. Как правило, высверливания отверстий для фиксации столь легких предметов, не требуется.

Не все производители поставляют ДД в корпусе. У некоторых он идет как открытая плата с линзой Френеля. Для использования прибора на улице необходимо самостоятельно установить ДД в подходящий пластиковый корпус, вырезав в нем отверстие под линзу.

Подключение и установка устройства

Датчик движения HC-SR501 чаще всего необходим для подключения к приборам освещения в целях экономии электроэнергии. Для реализации этой задвчи потребуются:

• выпрямитель на 4-20 В;
• реле (оптимально — SRD-05VDC-SL-C);
• светильник с лампочкой, работающий от сети напряжением 220 В.

Датчики движения одинаково хорошо работают в помещении и на улице. Но для монтажа с внешней стороны зданий необходимо выбирать приборы с герметичным, влагонепроницаемым корпусом. Учитывают и диапазон рабочих температур устройства.

Устройство и принцип работы датчиков движения

Датчиком (сенсором, детектором) движения называется устройство, бесконтактно определяющее наличие движущихся предметов в зоне детектирования. Эти сенсоры в большинстве своем реагируют не на движение, а на появление новых объектов. Но название устоялось и широко применяется.

Области применения

Детекторы движения применяются в различных сферах автоматизации. В каждой области предпочтительны свои разновидности датчиков.

Системы охраны

Наиболее логичное применение детекторов движения – в системах охраны объектов. Датчик может обнаружить проникновение на охраняемую территорию или в помещение и подать сигнал тревоги или включить дополнительные устройства.

Включение дежурного освещения

В местах с нерегулярным пребыванием людей с помощью подобных сенсоров можно получить значительную экономию электроэнергии. К таким местам относятся подъезды жилых домов и производственных зданий, складские помещения и другие территории. Свет в них требуется включать лишь на время нахождения жильцов или персонала. Обнаружив движение, датчик генерирует сигнал на активацию осветительных приборов.

Системы «Умный дом»

В системах «Умный дом» для детекторов можно найти гораздо более широкую область применения, чем простое управление освещением. По сигналу от сенсора можно управлять системами отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и другими инженерными системами. Режим работы изменяется в зависимости от наличия людей на контролируемой территории.

Датчик движения и открывания двери с Алиэкспресс (система Умный дом).

Разновидности сенсоров и технологии их работы

Сенсоры движения построены по разным принципам. Каждый вид датчиков движения имеет собственные плюсы и минусы, определяющие сферу применения приборов.

Инфракрасные датчики

Наиболее распространены датчики, улавливающие излучение ИК-диапазона. Относятся к пассивным сенсорам – контролируемое пространство не «подсвечивается» соответствующим сигналом. В простейшем случае состоит из двух линз, фокусирующих световое излучение (инфракрасное излучение имеет свойства света, хотя и невидимо невооруженным глазом) от двух зон контролируемого помещения. Направлены линзы так, что зоны не пересекаются между собой. В обычном режиме они получают излучение одинаковой интенсивности. Если в одной из зон появляется человек или другое теплокровное существо, уровень излучения возрастает, что «видит» один из датчиков – в чьей зоне находится объект. Схема сравнения видит разность интенсивности. При достижении определенного уровня генерируется сигнал тревоги.

На практике двух зон недостаточно для уверенной помехоустойчивой работы, и сектор обзора разбивается на большое число подсекторов с помощью нескольких линз. Фактически этот сенсор представляет собой датчик присутствия – он будет фиксировать нахождение человека, даже если он неподвижен. Недостатками такого прибора считают склонность к ложным срабатываниям из-за тепловых помех (струи нагретого воздуха, локальный нагрев вследствие изменения освещенности и т.п.).

Ультразвуковые детекторы

Принцип работы этого датчика движения основан на явлении эхолокации. Передатчик генерирует звуковые волны, неслышимые человеком. После серии посылок детектор переходит в режим приема. Если в секторе обзора нет движущихся объектов, то отраженный и вернувшийся к датчику ультразвуковой сигнал будет иметь ту же частоту, что и излученный. Если же сигнал отразится от движущегося предмета, то частота возвращенного ультразвука будет отличаться (эффект Доплера). Схема анализирует параметры и, при обнаружении движения, генерирует сигнал тревоги. Такой датчик более помехоустойчив за счет того, что он реагирует только на движущиеся предметы независимо от их природы и температуры. Но он неспособен обнаруживать медленно перемещающиеся предметы – они не будут сдвигать частоту в необходимых пределах.

Радиочастотные сенсоры

Эта разновидность датчиков также действует по принципу локатора, только работает на радиочастотах. Излучаемый сигнал должен иметь достаточно высокую частоту, чтобы обнаруживать предметы небольших габаритов. Эффект Доплера в таких условиях не используется – чтобы получить достаточный сдвиг, объекты должны перемещаться со скоростью, сравнимой со скоростью света. Поэтому сенсоры фиксируют только изменение интенсивности и также по факту являются датчиками присутствия. Такой детектор сработает при появлении (или исчезновении) в зоне объектов, отражающих сигнал независимо от того, движутся они или нет.

Плюсом является способность сигнала проникать через радиопрозрачные (деревянные, кирпичные и т.п.) стены и перегородки, поэтому их можно использовать для контроля больших помещений с несколькими комнатами. Минусом служит высокая стоимость устройства, а также невозможность детектирования предметов, не отражающих радиоволны. Еще одним ограничением к применению служит воздействие радиоизлучения на живые организмы. Уровень сигнала должен быть минимизирован.

Комбинированные системы

Для надежности можно объединять в одном сенсоре два или несколько принципов обнаружения нештатной ситуации. В охранных системах часто инфракрасный датчик комбинируют с детектором разбития стекла или акустическим реле. Это позволяет надежно зафиксировать несанкционированное проникновение в квартиру и избежать ложного срабатывания.

Другой вариант – комбинация сенсора движения и фотореле. Такая система при обнаружении человека включает свет в подъезде, но только ночью. Днем фотореле отключает детектор, чтобы не расходовать попусту электроэнергию в светлое время суток.

Популярностью пользуются камеры наружного наблюдения с датчиком обнаружения движения. Система включается лишь при попадании объекта в поле зрения комплекса. Этим достигается два преимущества:

• запись ведется только в нужные моменты, чем экономится место на устройстве хранения информации;
• облегчается просмотр и анализ записи из-за отсутствия необходимости просматривать длительные участки без событий.

Существуют и другие варианты комбинирования датчиков. Такой подход позволяет улучшить функционирование систем обнаружения объектов.

Параметры для выбора датчиков

Часть характеристик сенсора движения относится к любым приборам с питанием от электричества. Это степень защиты, напряжение питания, габариты, тип крепления и т.д. Но есть и специфические параметры, которые есть только у данной категории детекторов. Наиболее важно дать описание именно этих характеристик.

Угол обзора

Угол обзора зависит от конструкции сенсора. Потолочные датчики имеют диаграмму в 360 градусов и «видят» всю комнату.

Диаграмма настенных датчиков в силу конструкции имеет меньший угол раскрытия – от 120 до 180 градусов.

Непосредственно под датчиком находится зона невидимости. Злоумышленник может подкрасться к сенсору и повредить его, сделав систему обнаружения неработоспособной. Чтобы этого избежать, надо выбирать датчик с дополнительным сектором обзора – антиподкрадыванием или антивандалом.

Дальность обнаружения

Дальность действия зависит от конструкции сенсора. Но надо помнить, что расстояние, на котором сенсор может обнаружить движущийся объект, зависит от направления перемещения. Наибольшей чувствительностью большинство сенсоров обладают, если движение направлено по касательной к окружности, в центре которой стоит датчик (перпендикулярное расстояние). Наименьшей – если объект перемещается в направлении детектора (фронтальное или радиальное расстояние). В первом случае дальность будет больше. Для ультразвуковых приборов дело обстоит с точностью до наоборот. Это связано с различной степенью проявления эффекта Доплера при разном направлении движения. Производители не всегда указывают в характеристиках эту разницу, особенно для недорогих устройств. В спецификации можно найти одну цифру – и она на совести изготовителя.

В таблице приведено рабочее расстояние некоторых популярных сенсоров движения.

Тип устройства	Принцип работы	Заявленная дальность, м
ДД-024-W	Инфракрасный	6
Steinel US 360 COM2	Ультразвуковой	10 в радиальном направлении
MW32S Black	Микроволновый	6
MW03	Микроволновый	8
IEK ДД 008	Инфракрасный	12

Место использования

Место, где можно использовать оборудование, определяется, в основном, степенью защиты. В помещениях IP может быть минимально. На улице детекторы надо защищать от проникновения пыли и воды. Также на выбор места применения можно повлиять способ крепления.

Видео-обзор: Внутреннее устройство и назначение датчика движения Finder.

Дополнительные функции

Для улучшения работы системы, повышения ее эффективности и исключения ложных срабатываний датчики могут иметь дополнительные функции. Уже упоминалось о фотореле, позволяющем выводить систему из работы в светлое время суток, а также о дополнительном сенсоре зоны подкрадывания. Но этим списком вспомогательные опции не исчерпываются.

Задержка отключения света

У датчиков, оборудованных реле освещенности, может иметься полезная функция. При исчезновении из поля зрения движущегося объекта освещение отключается не сразу, а с задержкой в несколько десятков секунд. Мизерный перерасход электроэнергии окупается удобством – человек может покинуть зону действия детектора, но не окончательно покинуть контролируемую зону. С помощью этой функции он сделает это не в темноте.

Защита от животных

Нередко несанкционированное срабатывание датчиков вызывают мелкие животные. При их появлении включение освещения излишне, как и реакция охраны. Поэтому в некоторые сенсоры изначально заложена нечувствительность к появлению небольших движущихся объектов. В инфракрасных датчиках эта функция выполнена в виде ограничения на минимальный размер теплового пятна.

Важно! Если мелкое животное будет двигаться в непосредственной близости сенсора, угловой размер теплового пятна может оказаться достаточным для ложного срабатывания. Поэтому следует ограничить доступ в зону, прилегающую к месту установки датчика.

Автономность

Если есть проблемы с организацией питания датчиков от бытовой электросети, хорошим выбором могут стать автономные устройства. Энергонезависимость обеспечивается за счет обычных батареек. Многие приборы от одного гальванического элемента работают по нескольку месяцев. В этом случае есть смысл выбирать сенсоры с беспроводной передачей сигнала – чтобы совсем избавиться от кабелей.

Детекторы движения являются универсальными приборами. На них можно строить различные системы охраны, предупреждения и регулирования. Возможно и нестандартное применение устройств – все ограничено только фантазией и инженерной смекалкой.