Как увеличить дальность датчика движения?

Работа датчика движения: на радиоволновом (СВЧ) излучении, на ультразвуке, на тепловом излучении, дальность и зона действия

Для устройства профессиональных и бытовых систем охранной сигнализации, в основном, используются комбинированные аппараты для выявления движения.

У таких устройств различные принципы действия датчиков движения. В основном совмещают пассивное выявление объекта в ИК-диапазоне и один из способов сканирования основанном на Доплеровском эффекте с использованием ультразвука или СВЧ излучения.

Это существенно увеличивает надежность устройства и снижает количество ложных срабатываний.

Работа на радиоволновом (СВЧ) излучении

На основе транзистора VT1 действует автогенератор с мягким самовозбуждением. Он одновременно выступает смесителем и гетеродином для отраженного, поступающего сигнала.

Его частота, при появлении в поле действия постороннего объекта, незначительно изменяется на несколько герц. Эту разницу называют Доплеровским смещением.

Этот сигнал принимается ФНЧ L3 и через конденсатор 2 поступает на каскадный усилитель А1, который одновременно является и фильтром инфранизкочастотных колебаний.

Высокую термостабильность сигнала обеспечивает усилитель переменного тока. Изменяя положение резистора R11 можно регулировать чувствительность устройства.

Для эффективной работы детекторов движения основанных на СВЧ излучении необходимо чтобы площадь сечения отражающей поверхности была достаточно большой.

Теоретически, если взять ровную металлическую пластину и поместить ее под углом 450 по направлению излучения детектора, то можно добиться его несрабатывания.

На практике попадание объекта в зону сканирования приводит к резким изменениям амплитуды поступающего сигнала, вдобавок, дублируемого параллельным ИК сенсором.

Основой микроволнового детектора является генератор Ганна, приемо-передающая (трансиверная) антенна и смесительный диод Шотки. При подаче питания генератор начинает вырабатывать электромагнитные волны, которые антенна направляет в зону сканирования.

Некоторая часть волн попадает на диод Шотки где является эталонной. Отражаемый сигнал так же перенаправляется на смесительный диод, где определяется разность фаз. Таким образом, можно не только выявить движение в сканируемой зоне, но и при дополнительном анализе определить расстояние до него.

В соответствии с требованиями, выдвигаемыми организации видеонаблюдения, она может состоять из нескольких подсетей, которые взаимодействуют между собой через специально предназначенные шлюзы – сервера и станции администрирования.

Наиболее распространенные частоты, используемые в СВЧ детекторах: Х-диапазон – 10,525 ГГц и К-диапазон – 21,125 ГГц. Для снижения потребления энергии во многих моделях используют импульсный режим сканирования.

СВЧ детекторы преимущественно используются для контролирования больших площадей и объемов в условиях большого акустического и температурного загрязнения.

Принцип работы датчика движения основанного на ультразвуке

1. Ультразвуковые волны.
2. Пьезокерамический элемент.
3. Выходное напряжение.
4. Металлическая диафрагма.
5. Конус.
6. Корпус.
7. Провод.
8. Эластичный материал.
9. Выводы.
Диапазон ультразвуковых волн, используемых в детекторах типа «ЭХО — 5», имеет частоту колебаний находящуюся за пределами человеческой слышимости – более 20кГц.

При их столкновении с объектом их отражение рассеивается в пространстве под широким, до 1800,углом. Эффект Доплера наступает, когда частота отраженных и излучаемых волн на приемном устройстве не совпадает.

Для генерации ультразвуковых волн используют пьезоэлектрические устройства, работающие в моторном режиме, напрямую преобразовывающие электрическую энергию в механическую.

Поскольку пьезомеханический эффект имеет обратную связь, то данная принципиальная схема может работать и на генерацию сигнала и на его прием. При использовании керамических элементов резонансная частота сигнала составляет 32 кГц.

Одним из существенных недостатков этого принципа является то, что некоторые животные могут воспринимать передаваемые сигналы. Другой недостаток, это чувствительность к воздушному загрязнению, в запыленных цехах или при высокой влажности скорость срабатывания детектора несколько снижается.

Действие детектора основанного на тепловом излучении

Датчики движения, которые используют пассивные ИК элементы, широко используются в системах охраной сигнализации и для управления освещением. Теплочувствительные сенсоры таких детекторов реагируют на спектральное излучение ИК-диапазона от 4 до 20 мкм, сто соответствует тепловому излучению человека.

В качестве чувствительных сенсоров могут использоваться три типа элементов: пироэлектрики, терморезисторы, термоэлементы. Среди всего перечня лидируют пироэлектрики обладающие высокой чувствительностью, широким температурным диапазоном восприятия и низкой стоимостью.

Для того чтобы предотвратить ложные срабатывания от изменения температуры окружающей среды такие сенсоры делают парными и симметричными. Если происходит одновременная (синфазная) подача входных сигналов, то они будут взаимно аннулироваться и на выходе не будет изменения уровня сигнала.

Но при движении теплоизлучающего объекта тепловой поток, который он создает, будет неравномерным и дойдет до сенсорных элементов в разные периоды времени. В результате этого уровень исходящего сигнала изменится.

Активный элемент генерирует ИК лучи представляющие собой упорядоченный поток импульсов. Это позволяет принимающему устройству отличить передаваемый импульс от солнечного излучения ИК спектра.

Дальность и зона действия датчика движения

Дальность обнаружения движения активных детекторов напрямую зависит от чувствительности сенсоров и мощности генератора сигнала. На последние вводятся ограничения, чтобы не причинить вред здоровью людей находящихся в зоне сканирования.

Совершено другим способом достигается увеличение дальности датчика движения улавливающего ИК-излучение.

Фокусирует излучение на пироэлектрическом элементе и формирует пространственную структуру зон чувствительности детектора.

Эта структура имеет «лепестковую» форму с большим количеством сканируемых секторов. Обнаружение объекта происходит в момент пересечения границы сектора.

Существуют определенные стандарты диаграмм чувствительности (направленности) зон сканирования:

стандарт – веерный по горизонтали и многоярусный по вертикали;
узконаправленный – имеет узкую зону слежения в один два луча по горизонтали и один два яруса по вертикали;
«штора» — узкая по вертикали и многоярусная по горизонтали, формирует полог параллельный земле.

При проектировании видеонаблюдения для линий или устройств подающих питание на аппаратуру нужно предусмотреть применение сетевых фильтров и других устройств, ограничивающих перепады напряжения.

Если крепление детектора выполнено на потолке помещения, то зона сканирования будет иметь форму конуса круглого в сечении. Такое размещение оптимально для сенсоров объемного сканирования использующихся для полного контроля помещения.

Использование сферической линзы Френеля предпочтительней, по сравнению с цилиндрической, так как минимизирует абберационные процессы при концентрации излучения.

Зеркальная система сегментных линз более эффективна. Она изготавливается методом штамповки из твердого пластика с последующим покрытием высокоотражающим материалом. У таких систем более высокая чувствительность и дальность обнаружения, при сопоставимой площади входного окна.

Настройка и регулировка датчика движения

Автоматическое включение и выключение света весьма удобно для решения любой задачи освещения — от бытового светильника до охраны и видеонаблюдения. Ключевую роль в обустройстве такого рода системы играет специальный датчик движения. Рассмотрим, как выполняется настройка датчика движения для освещения в доме, квартире, общественном помещении и на улице отдельно, в составе фонаря или светильника, а также как правильно отрегулировать его по двум или трем основным параметрам.

Разновидности датчиков движения и их особенности в работе

Прежде чем приниматься за настройку параметров датчика движения, необходимо определиться с его типом. От этого во многом будут зависеть рекомендации по месту использования и регулировки его характеристик. Все детекторы разделяются по механизму идентификации движущегося объекта на следующие разновидности:

Инфракрасные.
Акустические.
Микроволновые.
Ультразвуковые.
Комбинированные.

По принципу действия все они разделяются на активные и пассивные. К первому типу относятся комбинированные, ультразвуковые и микроволновые. Они состоят из передатчика, посылающего сигнал в пространство в рамках зоны действия, и приемника, принимающего их в случае отражения от объекта. Вторые (инфракрасные и акустические) основаны на считывании теплового излучения от источника движения.

Максимальное распространение в быту получили инфракрасные модели. главные их преимущества — оптимальная стоимость, широкая зона охвата и возможность настройки тремя регуляторами. В помещения большой протяженности рекомендуется устанавливать акустические и ультразвуковые приборы (включаются с большого расстояния), а для охранных систем — микроволновые, так как работают даже через стены.

Настраиваемые характеристики датчика движения

Регулировка и настройка датчика движения осуществляется по следующим основным характеристикам:

Угол по отношению к зоне обзора.
Чувствительность.
Степень естественной освещенности.
Период свечения светильника до угасания после инициации.

Рассмотрим особенности каждой характеристики детально.

Одним из самых важных параметров датчика движения для включения света, влияющих на его работоспособность, является угол установки. Современные модели детекторов, как правило, располагаются отдельно от светильников и оснащаются кронштейнами. Это дает возможность правильно настроить датчик по зоне охвата, обеспечив его действие на покрытие максимально возможной площади.

При этом не меньшее значение имеет и высота размещения, и положение его по отношению к зонам прохода. Например, в доме лучше всего сенсор установить в прихожей с расчетом на охват смежных помещений (коридора, лестницы, кухни, гостиной и так далее) — так чтобы при первом же появлении объекта, входит он или выходит, лампа включалась.

Чувствительность

Отрегулировать датчик движения по уровню чувствительности — это вторая важная задача при его установке. Для этой цели на корпусе устройства имеется регулятор или кнопка с подписью «SENS». Его значение должно быть таким, чтобы предупредить ложные срабатывания — на мелких животных, птиц, ветки деревьев и так далее.

Освещенность

Степень чувствительности к уровню естественного освещения позволяет активизировать датчик движения для включения светильника только с наступлением сумерек. Настройка выполняется с помощью регулятора или клавиши с надписью «LUX». Данная функция позволяет зажигать освещение в доме или на улице только с наступлением темноты, экономя тем самым энергию от ненужного дневного расхода.

Время

Также в датчике движения присутствует регулятор времени задержки, обозначаемый, как правило, надписью «TIME». Установить его можно в положение от самого минимального до максимального значения — от 5 секунд до 10 минут. Это период, в который электрический ток будет поступать на светильник после крайнего обнаружения движения в поле зрения сенсора. Для разных ситуаций оно может быть различным. Например, для уличного фонаря рядом с домом оно должно быть максимальным. Так как выходя во двор, можно зайти за угол дома или уйти на такое расстояние, где детектор уже не видит объект, и свет может быстро потухнуть, а человек останется в темноте.

Базовые параметры датчика движения

Помимо изменяемых параметров у каждого датчика движения существует базовый набор, строго заданный производителем, это:

Ширина охвата.
Дальность действия.
Мощность применяемого светильника.
Способ установки.

Рассмотрим их особенности более подробно.

Ширина охвата

Современные датчики на движение различаются по углу обзора в широких пределах – от прямого угла до полного круга. Чтобы знать, как правильно настроить его в конкретных условиях, следует прибегнуть к следующим рекомендациям производителя:

Для общего охвата и расположения на столбе — 3600 по горизонтальной плоскости.
С той же целью, но на стене — 1800.
В бытовых условиях достаточно модели с углом по вертикали порядка 200.
На объектах повышенного контроля и в целях охраны применяются детекторы с шириной охвата в вертикальной плоскости около 1800.

Дальнобойность

Характеристика прибора указывается в метрах и определяет, на каком расстоянии от сенсора должен располагаться движущийся объект для его инициации. Для помещения его значение минимально — от 2 до 5–6 м, для улицы — до нескольких десятков метров. При этом чем дальше зона покрытия, тем выше вероятность ложных срабатываний, так как требуется весьма чувствительный детектор.

Мощность светильника

Датчик движения, как любой электротехнический прибор, способен пропускать тон заданного номинала. Поэтому подключение к нему ограничивается по суммарной мощности. Например, если прибор рассчитан на 100 Вт, к нему можно подсоединить не более двух ламп по 50 Вт или четырех по 25 Вт и так далее.

Способ монтажа

По способу установки и месту применения датчики движения имеют следующие модификации:

Корпусные. Выпускаются в стандартном виде и оснащаются специальным кронштейном для закрепления на стенке, столбе, потолочной поверхности или иной конструкции.
Встраиваемые. Изготавливаются в миниатюрной форме с возможностью скрытного монтажа в незаметных местах.

Кроме того, некоторые модели детекторов идут в едином корпусе со светильником. Это весьма удобно в небольших помещениях или общественных местах, когда раздельная установка детектора и лампочки не целесообразна, трудозатратна или не безопасна.

Как настроить датчик движения для светильника в помещении

Приобретая детектор для инициации светильника в ответ на обнаружение перемещения объекта в зоне действия, каждый настраивает его в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Однако рассмотрим, как настроить датчик движения для освещения в помещении в общей ситуации:

Установить и подключить датчик в соответствии с инструкцией от производителя и правилами электромонтажных работ.
Отрегулировать угол обзора.
Протестировать прибор с установленными заводскими настройками.
Внести корректировки, если требуется, подкрутив регуляторы.

Все современные датчики движения оснащаются двумя или тремя регуляторами. Ниже рассмотрим, как выполнить их правильную настройку.

Настройка датчика движения для уличного фонаря

В отличие от моделей, применяемых в помещениях, датчики, устанавливаемые на улице, имеют более прочный, термо- и влагостойкий корпус. По параметрам настройки они практически не различаются. Поэтому инструкция выглядит аналогично выше рассмотренному варианту:

Устанавливаем и подключаем прибор по заводской инструкции.
Выбираем угол обзора и фиксируем его правильном положении.
Проверяем прибор на исправность с установленными настройками.
При необходимости вносим корректировки.

Некоторые современные модели имеют пульт дистанционного управления для настройки параметров. Это весьма удобно, так как позволяет экономить силы и время при размещении детектора на большой высоте.

Регулировка датчика движения по двум или трем параметрам

Большая часть моделей в зависимости от производителя имеет два или три регулятора — это время, чувствительность и освещенность. Рассмотрим, как выполняется настройка датчиков движения с регулировкой на практике по каждому из этих параметров.

Регулировка времени задержки

После того как устройство установлено и подключено, необходимо найти на его корпусе регулятор «TIME» и повернуть его в то положение, которое покажется оптимальным в конкретных условиях. Например, на лестничной площадке — это тот период, который необходим для прохода до двери или в обратном направлении. В ходе дальнейшей эксплуатации его можно легко корректировать в большую или меньшую сторону.

Регулировка по уровню освещенности

Необходимо найти регулятор «LUX» и установить его в минимальное положение, то есть когда прибор будет включаться только при полной темноте. Затем дождаться вечера (нужного уровня сумерек) и медленно поворачивать его до тех пор, пока не зажжется свет.

Регулировка по степени чувствительности

Найдя регулятор «SENS» с помощью напарника необходимо определить оптимальную чувствительность детектора. Для этого один человек должен непрерывно ходить на заданном от прибора расстоянии, в то время как другой поворачивать регулятор, пока светильник не включится.

Заключение

Правильно настроить работу светильника с датчиком движения позволяет прежде всего выбор его по заводским параметрам:

Ширине охвата.
Дальности действия.
Суммарной мощности подключаемых светильников.
Способу монтажа и сфере применения.

Кроме того, необходимо определиться, какой механизм действия должен быть у детектора в данном конкретном случае — инфракрасный, ультразвуковой, акустический, микроволновой или смешанный. После установки прибор можно настроить по уровню чувствительности, времени задержки и степени естественной освещенности.

Видео по теме

Датчик движения на HC-SR505, увеличиваем дальность обнаружения движения

Мы уже писали об одном датчике движения с названием HC-SR501 и делали на его основе включение освещения по движению. Сегодня мы познакомимся с другим PIR датчиком – HC-SR505, его плюс в том, что ещё более компактный, также я покажу как можно увеличить дальность такого датчика до 11 метров, правда он при этом становится узконаправленным. Такой сенсор подойдёт для удалённого определения движения чтобы включить свет когда кто-то входит во двор или же как охранный сенсор когда кто-то попадает в его поле зрения. Например можно его направить вдоль забора на определённой высоте, чтобы он не срабатывал когда по двору бегают домашние животные.