Подробно о PIR-датчиках движения

Как автоматически определить наличие человека в комнате? Для этого нужен PIR датчик движения. Он способен уловить тепловые волны, исходящие от человека. Эти пассивные инфракрасные детекторы могут зафиксировать малейшее движение в помещении. Где применяются и как устроены — об этом речь пойдет в этой статье.

Как выглядит и где используется

Рабочая пластина датчика состоит из кристаллических веществ, которые имеют свойство при попадании света на них поляризоваться. И от того насколько изменится интенсивность излучения зависит изменение и поляризации, а как следствие это вызывает изменение напряжения в электрическом поле кристаллического элемента. Следовательно, если измерить разность потенциалов на разных точках кристаллической пластины можно узнать и величину излучения.

Это основной физический принцип, по которому работают датчики присутствия, с центральным пироэлектрическим элементом. Он помещается в герметичный или пластиковый корпус.

Такие детекторы движения с успехом применяются:

• в промышленных системах охранной сигнализации;
• управление освещением в квартирах или офисных помещениях. Часто эти детекторы помогают автоматизировать процесс освещения;
• в системах «Умный дом».

Прибор может зафиксировать движение — электрическая цепь замкнется и включится освещение. Также он сработает и в обратную сторону — если людей в помещении уже нет, то нет и движения, соответственно цепь размыкается и свет гаснет.

Как срабатывает устройство и принцип его действия

Конструктивно ИК-датчик состоит из пироприемников, которые фиксируют наличие инфракрасного излучения, и мильтилинзы.

Внутри корпуса прибора расположены пироприемники, а сверху они накрыты из пластиковым колпаком состоящего из множества мелких линз.

Принцип работы ДД

Чтобы разобраться, как этот элемент работает, нам поможет схема ИК детектора:

В работе устройства, которое фиксирует движение человека, принимают участие три элемента:

• оптическая мультилинза;
• пироприёмник;
• электронная схема для обработки поступающего сигнала.

Оптическая мультилинза

Мультлинза выполнена из пластика в форме полусферы, на которой расположено множество мини-линз. Они фокусируют ИК излучение от объекта и направляют его на пироприёмник.

Чтобы зафиксировать движение также применяется линза Френеля.

Она разбита на несколько фокусирующих участков. Таким образом, сплошной тепловой фон от объекта раскалывается на активные и пассивные зоны в шахматном порядке. Датчик «видит» человека в целом, но разбитым на такие зоны.

При перемещении изображения из одной зоны в другую, детектор движения срабатывает.

Радиус действия, в котором эффективно работает PIR датчик небольшой, около 6–7 метров.

Особо точные ИК детекторы работают в паре с устройством компенсации слепых пятен. Так устроены ИК-датчики, что они не могут видеть происходящего прямо под ними (особенно это относится к настенным ПИР датчикам).

В таких случаях в конструкцию прибора включается специальное зеркало, направленное таким образом, что данные из слепой зоны перенаправляются на линзы детектора.

Пироприёмник

Задача пироприемника уловить изменение фокусировки и передать сигнал в блок обработки.

Блок обработки сигналов

Сигнал с пироприемника поступает в блок обработки, где и происходит анализ поступивших данных с датчика. После обработки сигнала выдается импульс о наличии движения.

Также с его помощью выставляются более точные настройки прибора, для включения другого подключенного оборудования (сигнализация, управление светом и прочее).

Типы PIR датчиков

Детекторы движения бывают активного и пассивного типа.

Активные датчики

Работают в паре — передатчик и приемник сигнала.

Ультразвуковой извещатель посылает направленные сигналы (ультразвуковые волны), которые после сканирования объекта в зоне покрытия прибора, возвращаются обратно.

Обычно такой тип детекторов находит применение для охранных целей. Сильная сторона приборов такого типа — они улавливают перемещение объектов из любого материала и температуры.

Но есть и свои минусы:

• низкий порог чувствительности;
• ультразвуковые волны слышат животные.

Пассивные датчики движения

Самый универсальный тип детекторов. Именно они прекрасно подходят для автоматизации освещения.

В их конструкции есть только приемник, который успешно различает тепловые зоны тех объектов, которые его окружают. Понятно, что раз девайс работает с разницами в температурных показателях, то такие устройства гораздо успешнее будут функционировать в прохладной обстановке. В этом пространстве различия между теплом от человека и окружающего воздуха проявляются более четче. В этих случаях вероятность ложного срабатывания прибора резко снижается — движущийся объект на общем фоне будет более различимым.

Кроме того, извещатели такого типа успешно применяются в охранных комплексах и системах наблюдения. Номенклатура изделий такого типа очень широка. Практически для любых задач можно подобрать свой детектор движения по мощности и дальности действия.

Есть и переносные ДД автономного типа. Охранную систему можно развернуть буквально в пустом поле для наблюдения за периметром кемпингов к примеру. Если охранную зону пересекут дикие животные, датчики зафиксируют движение и подадут людям сигнал опасности.

Разновидности

Приборов автоматического определения присутствия существует достаточно много, и разделяются они по таким признакам как:

1. Где он устанавливается:
   • на улице;
   • в комнате;
   • настенные;
   • на потолках.
2. Способ монтажа:
   • накладного типа;
   • встроенные.
3. Тип подключения:
   • проводной;
   • беспроводной;
   • автономный.
4. Тип чувствительного элемента:
   • инфракрасный;
   • ультразвуковой;
   • микроволновый;
   • мультисенсорный.
5. 5.     По сложности исполнения:
   • однокомпонентный;
   • 2-х компонентный;
   • 3-х компонентный;
   • дизайнерского исполнения.

Если возникла необходимость установки ДД, главное условие — зоны действия датчиков должны быть расположены таким образом, чтобы перекрывать всю охраняемую площадь, избегая «мертвых» зон.

Напомним, временные задержки детектора можно настроить таким образом, чтобы не было как пропусков, так и ложных срабатываний.

Использование

Основные направления, где используются ДД:

1. Для защиты от проникновения.
2. Автоматизации освещения.
3. Автоматизации установок климат контроля.

Защита от проникновения

В любое время суток детекторы эффективно фиксируют незаконное проникновение на частную территорию. В темных местах и с наступлением сумерек датчики автоматически включат свет, если увидят передвижение людей. Могут работать в паре с видеорегистратором.

Автоматизация света

Зачем гореть лампочке, если людей в помещении нет? Детектор движения поможет автоматически включать/выключать свет именно тогда когда в комнате находятся люди. Так можно достигнуть существенной экономии электричества.

Автоматизация климата

Очень удобно управлять температурным режимом в домах и квартирах с помощью извещателей движения. Они могут подавать команды на блок управления кондиционера, если зафиксировано присутствие/отсутствие людей в подконтрольной зоне.

Как успешно разместить PIR датчики

Пироэлектрический датчик поможет не только автоматизировать освещение,  но и обеспечивать разнообразную освещенность в разных рабочих зонах с учетом яркости естественного освещения. Зачем нужен свет в пустующем месте? Его можно автоматически отключить с помощью таких датчиков.

Поэтому для всякого рабочего пространства нужна индивидуальная схема подчинения света:

1. Если установить над входом в административное здание настенный ДД, то он будет первым приветствовать посетителя, включая светильник над парадной. Это не только удобно, но также и престижно.
2. В длинных коридорах учебных заведений с помощью таких детекторов можно добиться того, чтобы даже на короткое время не было темных зон. На этот случай есть потолочные ДД узконаправленные и с большим радиусом действия.
3. Лестничные марши всегда остаются зоной повышенной опасности. Недопустимо падение людей с лестницы по причине плохой освещенности. Детекторы движения в этом случае ставят на стене, наподобие настенных выключателей.
4. Для школьных классов, аудиторий в университетах и ВУЗах, конференц-помещений и совещательных комнат также важна равномерная освещенность с учетом дневного светового потока. При помощи  регулируемого искусственного света мощно добиться равномерной освещенности.
5. В образовательных учреждениях также важна зона у доски. Потолочные индикаторы присутствия помогут обеспечить надежное и регулируемое освещение этой зоны.
6. Для таких предприятий как магазины, аптеки и тому подобное, можно тоже установить ДД со звуковым сигналом. Так персонал заведения обратит внимание на нового посетителя.
7. Для большого спортзала также можно организовать отдельные зоны с независимым управлением потолочных детекторов. А если еще и учесть ручное управление, то тем самым можно гарантировать освещение именно в той зоне, где проводятся занятия.
8. Потолочные  детекторы в подземных гаражах могут контролировать зоны входа и основные проходы.

Достоинства и недостатки PIR датчика

Чем хорош PIR датчик, так это:

• незамысловатостью устройства;
• невысокой стоимостью;
• износоустойчивостью;
• экономичностью;
• небольшими габаритами и малым весом.

Недостатки:

• ограниченный радиус действия;
• низкие уличные температуры нарушают работу датчика,

Технические характеристики классического PIR Sensor HC-SR501

В приборе PIR Sensor HC-SR501 размещен как сам датчик, так и логика его работы.

Его технические характеристики:

Настройка работы

Перед использованием PIR датчика, его, как всякий прибор, необходимо настроить. Для этого он обладает тремя опциями настроек:

• освещённость;
• чувствительность;
• время задержки.

Освещённость

Для того чтобы  прибор не включал свет днём, поздним утром и с началом сумерек, можно выполнить более тонкую регулировку по параметру «LUX».

Последовательность действий:

1. Вывернуть регулятор на максимум.
2. Как только наступил желаемый уровень темноты, медленно поворачивать регулятор в обратную сторону, до тех пор, пока датчик не сработает и включится свет в помещении.

Теперь прибор будет включаться именно в тот момент, когда свет в помещении будет более востребован.

Чувствительность

Регулировка чувствительности исключает реакцию датчика на появление в поле его «зрения» мелких домашних животных.

Настройка прибора выполняется винтом «Sens» опытным путем:

1. На первом этапе выставляем максимальную чувствительность.
2. Теперь проверяем, будет ли прибор работать на требуемом расстоянии, уменьшая уровень пока он перестанет реагировать на человека.
3. Проверяем, какая реакция на мелких животных.
4. Осталось зафиксировать тот порог чувствительности, который вас устроит.

Правильная регулировка состоит в том, чтобы датчик зафиксировал движение человека на границе приемлемой освещенности.

Время задержки

Время задержки — параметр, по которому видно, какое время после срабатывания датчик «увидит», что движения больше нет. Временной интервал регулируется в границах от 5 секунд до 10 минут.

Регулировка выполняется регулятором с надписью «Time»:

1. Выкручиваем регулятор до минимального значения.
2. Начать движение в поле работы датчика.
3. Засекаем время срабатывания
4. Эмпирическим путем выставляется нужное время срабатывания.
5. Нужные параметры сохраняются.

Что дает временная задержка?

Представьте, что человек поднялся на пятый этаж: ему нужно отдышаться, найти ключи, открыть дверь. И свет должен гореть. То есть параметр задержки должен быть максимальным.

Другое дело если датчик установлен в квартирном коридоре. Тут можно выставить минимальную задержку порядка 3–5 секунд.

Вообще индикаторы движения могут быть установлены в различных местах. Наиболее актуальны эти приборы в местах где часто собираются люди. Например, в офисах и конторах такая задержка по времени включения/выключения должна быть максимально допустимой. И наоборот в малопосещаемых местах задержку включения можно установить на самый минимум.

Особенности монтажа

Датчики движения очень полезны и набирают популярность в различных сферах нашей жизни. Поэтому будет полезным знать о специфике установки этих устройств:

1. Двери, предметы мебели, перегородки или всё, что затрудняет обзор перед датчиком быть не должно.
2. Наиболее выгодное местоположение размещение датчика — потолок. Таким образом, получается предельно допустимый угол обнаружения и увеличивается обзор контролируемого помещения. Если по каким-то соображениям потолочное размещение недоступно, допускается монтаж приборов на колонны или стены.
3. Приборы отопления, открытое солнце и вообще все, что вызывает нагревание, не должно находиться рядом с датчиком. Мало того что сам прибор будет нагреваться, так еще эти факторы вызовут ошибочное срабатывание детектора.
4. Надо учитывать и такой фактор как радиус действия детектора. Т.е. люди могут просто не попасть в зону действия.
5. Оптимальная высота монтажа потолочных извещателей — 2.5/3 метра. Для настенных приборов — высота колеблется от 1.2 до 2.3 метров от уровня пола.

Вариант PIR датчика с GSM-модулем

Зачастую именно ПИР датчик — это та последняя преграда, которую злоумышленник обойти не может. Если проводные системы еще легко заметны, то беспроводные комплексы повышают уровень охранных систем за счет своей автономности, тем самым снижая ее уязвимость. Датчик движения с GSM модулем, безусловно, простое, но эффективное средство защиты своего имущества.

Работа данного прибора аналогична типичным ПИР датчикам. Но в данном случае при обнаружении в охраняемой зоне какого-либо движения девайс отправляет СМС-сообщение по заданному владельцем номеру и параллельно включает встроенный микрофон, чтобы была возможность прослушать, что происходит в помещении в данный момент.

Включить/выключить девайс можно удаленно отправив SMS-команду на сим-карту датчика.

Автономность устройства обеспечивается за счет встроенного пятивольтового аккумулятора, которого хватает на 15–20 дней автономной работы. Встроенный микрофон улавливает звук на расстоянии до 10 метров.

Зона видимости ДД — 5–8 метров при угле обзора в 90°.

Место размещения полноразмерной SIM-карты:

Есть собственный USB-разъем типа UC-E6, который служит для подключения внешнего источника питания на 5 вольт.

Чтобы сохранить номер хозяина датчика в его памяти, достаточно позвонить на номер сим-карты устройства. Всё! Только один номер в памяти и никаких белых или черных списков. Может ли злоумышленник позвонить на этот номер и снять датчик охраны? Да, конечно может. Но тогда это должен быть очень близкий и хорошо знакомый хозяину датчика человек.

Для постановки в режим охраны посылается СМС — сообщение с текстом: «1111».
Для снятия с режима охраны  отправляется сообщение с текстом: «0000».

Дополнительных настроек у девайса нет.

Зона сработки датчика небольшая и вероятное место установки ПИР датчика прямо напротив входной двери на расстоянии не больше трех метров.

Можно применить этот датчик непосредственно в автомобиле. Таким образом, появляется возможность отследить местонахождение машины в данный момент времени, если подключить услугу «Местонахождение абонента».

Такой беспроводной сенсор с GSM можно применять как дополнение к уже существующим охранным системам, которые уже есть на объекте и как самостоятельное средство защиты.

Основное преимущество девайса — его автономность. Это обстоятельство дает возможность поставить на охрану те объекты, на которых может отключаться электричество:

• дачи;
• гаражи;
• складские помещения.

Стоимость

Понятно, что на стоимость ПИР датчика влияют его технические характеристики, возможность подстроек, наличие дополнительных функций. Особенность использованного материала и изготовитель тоже сказывается на цене устройства.

Наиболее доступные по цене модели в ценовом диапазоне от 100 до 200 рублей.

В частности, такие как:

1. PIR сенсор HC-SR501 — 140 рублей.
2. PIR Motion сенсор GH-718 — 160 рублей. Если у моделей больше дополнительных возможностей при использовании и улучшенные характеристики, то их стоимость начинается от 1000 рублей и выше:
3. PIR сенсор MP Alert A19 — 1600 рублей.

Заключение

Кроме бытовых целей ПИР датчики движения используются в АСУ. Более привычные нам цели — это охрана различных объектов, автоматизация конструкций освещения и PIR датчики в системах сигнализации.

Видео по теме