Это последняя, обобщающая статья про датчики движения. Так уж получилось, вначале были написаны статьи про конкретные датчики движения (ссылки, как всегда в конце страницы), а затем созрела мысль написать обобщающую статью, которая стала последней в серии статей про PIR датчики, но с логической точки зрения она должна быть первая.
Итак, вводная статья про датчики движения, она отчасти повторяет все последующие статьи.
Названия датчика
На самом деле этот автоматический выключатель/включатель света реагирующий на инфракрасное излучение называют по разному:
- инфракрасный датчик движения
- датчик движения
- датчик присутствия (на самом деле это разные устройства, но иногда путают одно с другим)
- PIR сенсор
- автоматический выключатель света
- и так далее.
Всего я исследовал три датчика
- Старый датчик неизвестного производителя которому более 10 лет
- Датчик движения Duwi под номером 25813 1
- Датчик движения Evology SA003E-W-RU
По защите от воды для:
- наружного применения;
- внутреннего применения;
По креплению делятся на:
- потолочные;
- настенные;
- встраиваемые (скрытой установки);
- вворачиваемые в патрон лампы;
- отдельно расположенные блоки PIR сенсора и всего остального;
- и другие (видимо что то я еще забыл)
По количеству настроек на, имеющие:
- две регулировки (LUX, TIME)
- три регулировки (LUX, TIME, SENS)
Регулировки
Напомню, их две или три
Две есть во всех датчиках это LUX и TIME. SENS есть только в некоторых датчиках.
- LUX - Регулировка чувствительности датчика в зависимости от освещенности, которую в свою очередь воспринимает фоторезистор о нем будет ниже
Так, при нахождении движка переменного резистора в положении «Солнышко», датчик работает как днем, так и ночью, а в положении «Луна» — только ночью, а днем находится в «спящем» режиме.
Как настроить освещенность (LUX)
Последовательность действий:
- Повернуть регулятор на максимум.
- Когда наступит желаемый уровень темноты, медленно поворачивать регулятор в обратную сторону, в минимуму, до тех пор, пока датчик не сработает и включится свет в помещении. Таким образом прибор включится включится именно на том уровни освещенности которая нужна. Важно это делать медленно для того что бы прибор отреагировал.
- TIME - задержка времени отключения реле (лампы) от после выхода человека из контролируемой зоны (или сколько времени будет подаваться нагрузка на красный провод "A") Как правило от 5-10с до 10-15 мин
- SENS - не во всех датчиках, это чувствительность датчика (регулируется путем изменения глубины отрицательной обратной связи в ОУ №3)
Как подключать к сети 220 вольт
На всякий случай, как подключить датчик, но думаю это и так понятно.
- Коричневый (L) - фаза
- Синий (N) - ноль
- Красный (A) - фаза нагрузки
Логически блоки датчика движения
Всего можно выделить четыре логические блока
- Блок питания
- Сенсоры устройства
- Электроника обработки сигналов
- Исполнительное устройство
А теперь подробнее о каждом блоке
- Блок питания как правило это бестрансформаторный блок питания, ну потому что так дешевле. Выполняет преобразование AC 220-240 вольт в DC 24 вольта, а затем преобразовывает и стабилизирует напряжение DC- DC, 24 вольта в 3,3 - 12 вольт (зависит от применяемой микросхемы)
- Сенсоры устройства (PIR сенсор и фоторезистор или фотодиод)
- Электроника обработки сигналов или микросхема логики (бываю разные и об этом ниже)
- Исполнительное устройство - реле переключение с защитной обвязкой
Блоки датчика движения
Вот как все это выглядит в виде блок схемы
А теперь еще раз подробно разберем каждый блок и начнем с начала поступления сигнала, с сенсоров
Сенсоры (PIR и фото сенсоры)
На многих датчиках движения используется PIR сенсор и фоторезистор (фотодиод) из схемы становится понятно зачем так делается
Алгоритм работы логического блока с фоторезистором и PIR сенсором
PIR датчик
Бывают двух типов:
- активные
- пассивные
Понятно, что активные сначала посылают сигнал, а затем принимают его отраженный от объекта. Пассивные ничего не посылают, а только принимают инфракрасное излучение от объекта. Чаще всего используются пассивные сенсоры их мы и будем рассматривать.
Итак, рассмотрим пироэлектрический пассивный инфракрасный датчик (PIR).
Некоторые вещества изменяют свою проводимость под действием излучение это понятно и довольно часто используется в электронике.
Но (опять это противное но!) нам нужно мерить не:
1) просто излучение, а конкретное излучение в инфракрасном диапазоне, 5-15 мкм (тело здорового человека излучает в диапазоне около 9 мкм).
2) просто глобальное излучение мерить бесполезно, а нужно мерить именно изменение излучение за конкретный, обычно короткий промежуток времени.
Вот для этого и применяется PIR сенсор.
Строение типичного PIR сенсора
В корпусе имеется окошко, закрытое фильтром, пропускающим только нужный нам диапазон длин волн - инфракрасный.
Кроме того используется пропускающее и направляющее излучение линза Френеля
Линза Френеля.
Для правильной работы PIR сенсора нужна оптическая мультилинза, она выполнена из пластика в форме полусферы, на которой расположено множество мини-линз все они фокусируют ИК излучение от объекта и направляют его на пироприёмник называется такая фасеточная линза - линза Френеля.
Само устройство скрытое в корпусе - представляет из себя по сути два прибора в одном - это два чувствительных элемента соединенных последовательно так, что бы выдавать изменения напряжение в противоположных направлениях. Таким образом воспринимается не глобальное изменение инфракрасного излучения на этих элементах, а локальное на каждом элементе и вычисляется разница. Технически применяется полевой транзистор сток и исток которого уже выведены наружу. Измеряется напряжение на истоке.
Резистор нужен для стекания паразитных статических зарядов, и да, это ухудшает чувствительность прибора, но что делать.
Схема строение представлена ниже.
Распайка PIR сенсора
1) D, Drain, Сток, Vcc, Uвход, Питания
2) S, Source, Исток, Vin, Uвых, Data, Выход
3) G, Gate, Земля, GND, Минус, (-)
Часть подписей все же не правильно так как это не полевой транзистор, а комплексный прибор, но так принята в этих ваших интернатах поэтому привожу тут все, что бы не было путаницы.
Технические характеристики
Понятно что пироэлектрических датчиков (PIR) много и все они отличатся своими характеристиками, так например у меня есть датчик
PIR 500BP
- Рабочее напряжение сенсора 2,2 - 15 вольт
- Source Voltage 0,4-1,1 вольт
Хороший датчик можно сразу подцепить к ESP8266 и тут же снять показания без всякого обвеса.
Второй PIR сенсор который мне встретился это
1A21-Z
Характеристик его, к сожалению, я не нашел (если Вы знаете напишите)
Фотосенсор
Это может быть:
- фоторезистор
- Фотодиод
Смысл фоторезистора (фотодиода) в определении освещенности - достаточная или недостаточная. Если освещенность недостаточная, то нагрузка не включится (см. блок схему выше)
Чаще всего мне встречались фоторезисторы, примеры
Установлен в старый датчик движения марки не помню, статья: "Прошло 10 лет и инфракрасный датчик движения стал плохо работать, что случилось?"
Установлен в датчик движения Duwi 25813 1, статья: "Один из самых дешевых датчиков движения Duwi - хорош ли он?"
Фотодиод
Установлен в датчик движения Evology SA003E-W-RU, статья: "Датчик движения Evology SA003E-W-RU"
Микросхема обработки сигнала
Пользоваться сигналом прямо с сенсора или фотодиода нельзя его нужно обработать.
1. Его нужно усилить
2. Преобразовать в дискретный вид т. е. выдать ноль или единицу, есть движения или нет.
Делает это ОУ - операционный усилитель, алгоритм его работы заключается в следующем.
Исходные данные
Размер области которую обрабатывает наш сенсор около 0,5-1 метров
Скорость движения детектируемого объекта обычно около 1-3 м/c
Таки образом частота с которой будут пересекаться два луча будет 0,2-1Гц отсюда вывод мерить сигнал больше 10 Гц бесполезно.
Так и работает ОУ, вблизи нулевой частоты, а это постоянный ток, общий коэффициент усиления стремится к нулю, около частоты 5 герц находится максимум усиления, а при частотах более 10 герц снова стремится к нулю.
Примеры готовых операционных усилителей (ОУ), это микросхемы с цифрой 324
Например вот токая микросхема:
324
eB4RSYP
В датчики движения "Evology SA003E-W-RU" Статья: "Датчик движения Evology SA003E-W-RU"
или такая
LM324D
В старом датчике движения, название которого я не знаю, проработал 10 лет, но сломался, статья: "Прошло 10 лет и инфракрасный датчик движения стал плохо работать, что случилось?"
Или затертая микросхема питание которой 3,3 вольта, статья: "Один из самых дешевых датчиков движения Duwi - хорош ли он?"
Вот для примера распиновка микросхемы LM324D
Спецификации:
- Тип ОУ: Low Power
- Количество усилителей: 4
- Полоса частот: 1.3 МГц
- Скорость нарастания: 0.4 В/мкс
- Диапазон напряжения питания: ± 1.5 В ... ± 15 В
- Тип корпуса: SOIC
- Количество выводов: 14
- Рабочий диапазон температрур: 0°C ... +70°C
- SVHC: No SVHC (15-Dec-2010)
- Добротность: 1.3 МГц
- Напряжение смещения входа максимальное: 5 мВ
- Напряжение питания (+) номинальное: 30 В
- Способ монтажа: SMD
Блок питания
Все это нужно как то питать, и в датчиках движения используются бестрансформаторные блоки питания AC 220-240 вольт выдающие напряжение примерно в 24 вольта. Это плохие блоки питания, напряжение в них совершенно не стабилизированное, нет развязки с сетью, но у них есть главное преимущество - они дешевы. К тому же 24 вольта идет только на питание реле, а ему не особенно важно какое оно там. А для стабилизации напряжение и питания микросхемы ОУ используется различные стабилизаторы, см. ниже.
Бестрансформаторный блок питания, принципиальная электрическая схема
- R1 - Резистор 200-300 Oм
- С1 - гасящий конденсатор емкостью 0,33 мкФх400-600 В.
- R2 - Резистор 1 МOм
- Диоды или диодная сборка
- N4749 -стабилитрон
Вот как это выглядит в реальности
Старый датчик движения, название которого я не знаю, проработал 10 лет, но сломался, статья: "Прошло 10 лет и инфракрасный датчик движения стал плохо работать, что случилось?"
Датчик движения Duwi 25813 1, статья: "Один из самых дешевых датчиков движения Duwi - хорош ли он?"
С одной стороны платы
С другой стороны платы
Датчик движения Evology SA003E-W-RU, статья: "Датчик движения Evology SA003E-W-RU" Без подписей, но все то же самое
Стабилизатор, преобразователь напряжение DC-DC
Стабилизатор, преобразователь напряжение DC-DC готовит из 24 вольт напряжение от 3,3 до 8 (12) вольт, смотря то которое нужно микросхеме ОУ
Микросхема стабилизатор готовит хорошее, стабилизированное напряжение для питания микросхемы операционного усилителя (ОУ)
Чаще всего применяются микросхемы типа 78Lxx
Например микросхема:
78L05
Превращает входное напряжение (Uвх max) 25 вольт в выходное (Uстаб) 5 вольт выдерживает ток (рабочий ток) 0.1А
Вот это микросхема в естественной среде обитания (читать обязательно голосом Николая Дроздова)
Распиновка
А микросхема 78L08
Теперь понятно что делает, превращает входное напряжение (Uвх max) 25 вольт в выходное (Uстаб) 8 вольт выдерживает ток (рабочий ток) 0.1А
Распиновка см. выше
6228A
В датчике движения Duwi 25813 1, мне встретилась микросхема 6228A, статья: "Один из самых дешевых датчиков движения Duwi - хорош ли он?"
Полная маркировка
6228A
1948/33
Технических данных я не нашел про эту микросхему
Но по функции это микросхема которая делает из 24 вольт 3,3 вольта.
Исполнительное устройство, реле и его обвязка
Реле
Характеристики у них все одинаковые:
Управляющее напряжение 24 вольта
Выдерживает оно 10A при напряжении переменного тока 240VAC это равняется 2400Вт
Датчик движения Duwi 25813 1 статья: "Один из самых дешевых датчиков движения Duwi - хорош ли он?
Duwi 25813 1
Сами можете сравнить характеристики разных реле
Реле старого датчика движения, название которого я не знаю, статья: "Прошло 10 лет и инфракрасный датчик движения стал плохо работать, что случилось?"
Реле датчика движения Evology SA003E-W-RU, статья: "Датчик движения Evology SA003E-W-RU"
Защитная часть схемы
Старый датчик движения, название которого я не знаю, проработал 10 лет, но сломался, статья: "Прошло 10 лет и инфракрасный датчик движения стал плохо работать, что случилось?"
Защитный диод
Вот он в реальности, в виде SMD
Датчик движения Duwi 25813 1, статья: "Один из самых дешевых датчиков движения Duwi - хорош ли он?
Зачем нужен защитный диод
Зачем нужен защитный диод я писал уже в статье про реле: "Реле и его использование в связке с ESP8266" скопирую этот текст сюда, что бы было.
Сама катушка реле является индуктивной нагрузкой, и с этим мы сейчас разберем.
Из физики мы помним что есть только электромагнитное поле, электрического поля без магнитного нет, они близнецы братья, там где есть магнитное поле есть электрическое и наоборот. Катушка намотана и служит для того что бы дать нам магнитное поле которое притянет якорь и подключит или отключит контакты. А что же произойдет когда электрическое поле исчезнет, если мы разорвем контакт обмотки катушки. Магнитное поле еще останется в сердечнике катушки и будет производить электрическое поле - появится электричество, но не на долго, на долго его не хватит, но пиковый скачок напряжение будет и он может быть в разы больше чем то напряжение которым питалось катушка изначально, называется это электродвижущая сила самоиндукции катушки. И еще очень важно, полярность на катушке помянет значение т. е. там где был плюс станет минус и наоборот.
Поэтому мы поставим туда диод, но наоборот - обратным подключением, плюс (анод) к минусу, а минус (катод) к плюсу цепи. Тогда при обычной работе диод диэлектрик и ни какой роли не играет, а вот при возникновении самоиндукции диод начинает работать и вызывает замыкание цепи! Да как так, скажите Вы, замыкание это плохо. Да замыкание это плохо, но это очень короткое замыкание (тут смайлик) большим напряжением, оно в 10 раз может больше того которое было на катушке (до 150 вольт, если раньше на катушке было 12 вольт), но с маленьким током. И даже самый обычный диод все выдержит! Хотя нужно смотреть на такой параметр как обратное напряжение, и даже нестареющая классика как 1N4007 может выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт и прямой ток до 1 ампера, а ток импульса намного меньше.
Диод нужно установит как можно ближе к катушке, для того что бы токи не разбегались по все плате (помним что это напряжение аж до 150 вольт) и не вызывали помехи или пробоя, а сразу же совершили работу по короткому замыканию (выделению тепла) тут же у катушки реле.
Демпферная цепочка
Демпферная цепочка или искрогасящая цепь из резистора и конденсатора поглощает скачки напряжения, возникающие при включении/выключении нагрузки.
Вот она в реальности
Тут
Или тут
Управляющий транзистор
Управляющий сигнал на реле подается через транзистор
Транзистор BC847A в старом датчике движения, название которого я не знаю, статья: "Прошло 10 лет и инфракрасный датчик движения стал плохо работать, что случилось?"
Транзистор J3Y в датчике движения Duwi 25813 1, статья: "Один из самых дешевых датчиков движения Duwi - хорош ли он?
Распиновка и назначение выводов
Смысл работы транзистора на схеме
Зелеными стрелочками указана направление движения тока когда транзистор открыт.
Просто напомню как работает транзистор. На базу поступает ток это управляющий сигнал, в данном случае 3,3 вольта он открывает краник и ток начинает течь через коллектор в эмиттер и уходит в землю, эмиттер в данном случае земля, ток начинает протекать и через обмотку реле и оно срабатывает.
Итак, мы разобрали принцип работы датчика движения и всех его блоков. вероятно в статье есть какие то неточности или что то описано не полностью или не достаточно точно, все это будет исправляется и пополнятся жду ваших комментариев.
Разбор конкретных датчиков движения более подробно, статьи
- Инфракрасный датчик движения, продолжение. Неудачный ремонт.
Подписывайтесь на наш канал TehnoZet-2, там много интересного! Мы только развиваемся! Понравилась статья, хотите продолжения - ставьте лайк, жмите палец вверх!
