Основной чувствительный элемент датчиков движения и присутствия — пироэлектрический инфракрасный сенсор. Пироэлектричество — это электрический потенциал, возникающий
в материале под воздействием инфракрасного (ИК) излучения.
Сенсор, в котором используется материал с такими свойствами, может реагировать на тепло, излучаемое телом человека. PIR-датчик (Pyroelectric InfraRed) имеет круговую диаграмму направленности (360°) с углом разворота 120°.
Специальные схемные решения позволили создать различные инфракрасные датчики движения для включения света, фиксирующие передвижение людей.
Зоны действия PIR-датчиков
В ассортименте изделий компании B.E.G. имеются датчики движения и присутствия различного исполнения и назначения:
- для наружного применения;
- для внутреннего применения;
- для настенного монтажа;
- для потолочного монтажа
- датчики в дизайнерском исполнении.
Один из главных параметров ИК датчиков движения — зона действия. Потолочные датчики, обычно, имеют круговую зону охвата (360°). Настенные датчики движения PIR, в зависимости от модели, имеют зону действия от 120° до 280°.
PIR датчики РАЗНЫЕ СХЕМЫ и разные ВОЗМОЖНОСТИ
В конкретных условиях порой необходимо использовать датчик с нестандартным углом обзора.
В таких случаях используются закрывающие пластины (шторки). Они исключают из зоны обнаружения источники тепла (помех) или участки помещения.
Дальность действия датчика зависит от того, как перемещается человек по отношению к датчику. Если он движется в перпендикулярном к датчику направлении, то сенсор имеет максимальную дальность действия.
Если движение осуществляется по направлению к датчику (фронтально), зона охвата сокращается почти вдвое. Датчики имеют минимальную дальность действия, если движение происходит непосредственно под сенсором.
У датчиков присутствия PIR компании B.E.G. высокая зона чувствительности, и они реагируют на самые незначительные движения. Чувствительность датчика регулируется.
При реализации проекта важно добиться, чтобы зоны действия датчиков покрывали всю площадь, подлежащую контролю. Для этого используют несколько датчиков с перекрывающимися зонами охвата, избегая «мертвых» зон. Для исключения пропусков и ложных срабатываний, применяются временные задержки.
Как правильно располагать PIR-датчики
У входа в здание устанавливается настенный датчик движения PIR для наружного применения.
В зоне его действия должна быть дорожка к входу. Датчик первым приветствует посетителя, повышая имидж учреждения.
В коридорах особое внимание уделяется входам. Датчики должны устанавливаться так, чтобы человек даже на короткое время не оказывался в темноте. Для коридоров разработаны специальные потолочные датчики движения с узким диапазоном обнаружения и большой дальностью действия.
Пиродатчик из датчика движения.Как работает и что внутри.Простая схема проверки.
Лестничные марши рассматриваются, как зоны повышенной опасности. Здесь должно быть исключено падение людей по причине недостаточной освещенности. На потолке или на стене лестничной площадки датчики движения ставят как настенные выключатели.
Особенность освещения в офисе состоит в том, что в одном помещении надо обеспечить различную освещенность на разных рабочих местах. Необходимо учесть интенсивность естественного освещения и иметь возможность отключать освещение на пустующих местах.
Поэтому каждому рабочему месту нужна своя схема управления освещением. С такой задачей справятся потолочные датчики присутствия PIR с возможностью расширения диапазона обнаружения.
В школьном классе или вузовской аудитории освещение осуществляется с учетом дневного света. Помещение разделяют на зоны таким образом, чтобы с помощью регулируемого искусственного освещения обеспечить равномерную освещенность.
Особое внимание уделяется зоне у доски. Присутствующие должны хорошо видеть преподавателя и доску, поэтому здесь необходимо надежное освещение и, желательно, дополнительное ручное управление. В таких помещениях используются потолочные датчики присутствия.
При автоматизации освещения конференц-залов и комнат для совещаний используется подход аналогичный описанному выше. В магазине, аптеке, предприятии сферы обслуживания, возле входа, устанавливается датчик движения со звуковым сигналом, чтобы персонал обратил внимание на вошедшего посетителя.
Большой спортзал разбивают на зоны с независимым управлением от потолочных датчиков. Важно предусмотреть и ручное управление: это даст возможность обеспечить освещение только там, где проходят занятия.
В подземном гараже необходимо обеспечить надежный контроль зон входа и основных проходов. Возможные «мертвые» зоны компенсируются временными задержками. Здесь используются только потолочные датчики.
Общие требования по установке PIR-датчиков
Дальность действия PIR-датчиков зависит от направления перемещения источников ИК излучения. Если из-за большого количества коммуникаций установить датчики движения на потолок нельзя, то их размещают на колоннах и стенах.
Зону действия датчиков не должны ограничивать деревья, мебель и перегородки (в том числе стеклянные). Оптимальная высота установки для потолочных датчиков — 2,5-3 метра, а настенных выключателей от 1,1 до 2,2 метров. Датчики для высоких потолков размещают на высоте до 16 метров.
Ассортимент PIR-датчиков широк. Они отличаются назначением, техническими параметрами и конструкцией. Чтобы применить их с максимальной эффективностью на конкретном объекте, лучше воспользоваться услугами профессионалов.
Обращайтесь в компанию B.E.G. Наши специалисты дадут все необходимые консультации. И подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропускать полезные материалы о датчиках движения и присутствия.
Источник: beg-russia.ru
PIR-датчик: описание и инструкция по подключению
В редких случаях современные системы сигнализации обходятся без сенсорных компонентов. Именно чувствительные датчики позволяют обнаруживать тревожные признаки по тем или иным показателям. В системах безопасности дома такие задачи выполняют детекторы света, оконные сенсоры удара, устройства для определения утечек и т. д. Но если речь идет об охранной функции, то на первое место выходит PIR-датчик движения, работающий на принципе инфракрасного излучения. Это миниатюрное устройство, которое может и само по себе выступать индикатором состояния обслуживаемого участка или входить в общий охранный комплекс. Как правило, выбирается второй вариант использования сенсора как наиболее эффективное решение.
Общие сведения о датчике
Практически все датчики движения предназначены для обнаружения посторонних в помещении. Классическая охранная система предполагает, что сенсор зафиксирует факт вторжения в контролируемую зону, после чего сигнал поступит на пункт управления и далее будут предприняты те или иные меры.
Чаще всего подается сигнал в виде SMS-сообщения на пульт уже непосредственно охранной службы, а также на телефон хозяина. В данном случае рассматривается одна из разновидностей таких устройств – пироэлектрический PIR-датчик, который отличается высокой эффективностью и точностью.
Впрочем, качество функции таких моделей зависит от множества факторов – от выбранной схемы интеграции сенсора в охранный комплекс до внешних условий воздействия на конструкцию с чувствительной начинкой. Важно также заметить, что датчики движения не всегда используют как инструмент защиты от злоумышленника. Его вполне можно установить для автоматического контроля отдельных участков системы освещения. В таком случае, например, прибор будет активизироваться при входе пользователя в помещение и так же выключаться, когда он его покинет.
Принцип работы
Для понимания специфики работы данного устройства стоит обратиться к особенностям реакций некоторых кристаллических веществ. Используемые в датчике чувствительные элементы обеспечивают эффект поляризации в моменты, когда на них падает излучение. В данном случае идет речь о тепловом излучении от человеческого тела.
При резком изменении характеристик в наблюдаемой зоне меняется и напряженность в электрическом поле кристалла. Собственно, по этой причине инфракрасный датчик PIR также называется пироэлектрическим. Как и все детекторы, такие устройства не идеальны. В зависимости от условий они могут срабатывать на ложные сигналы или не определять целевые явления. Однако по совокупности эксплуатационных свойств в большинстве случаев они оправдывают свое применение.
Основные характеристики
Главные рабочие показатели, которые должен учитывать потребитель, касаются радиусов действия устройства и способностей к автономной работе. Что касается параметров по диапазонам охвата, то контролируемая зона, как правило, составляет 6-7 м. Этого достаточно, если дело касается охраны частного дома и тем более квартиры.
В некоторых моделях предусматривается и функция микрофона – в этой части также важно определить радиус действия, который может достигать и 10 м. Вместе с этим PIR-датчик может иметь прямое или автономное энергоснабжение. Если планируется организация охранной системы, то лучше приобретать модели со встроенными аккумуляторами, которые не требуют проводки. Далее определяется время, на протяжении которого устройство сможет поддерживать свою функцию без дозарядки. Современные модели не требуют большого энергетического обеспечения, поэтому в пассивном состоянии могут работать порядка 15-20 дней.
Конструкция устройства
Корпус датчиков обычно выполняется из металла. Внутри содержатся два кристалла – это и есть чувствительные к термическому излучению элементы. Важной конструкционной особенностью детекторов этого типа является своего рода окошко в металлической оболочке. Оно предназначено для допуска излучения нужного диапазона.
Такая фильтрация как раз и предназначена для повышения точности работы кристаллов. Перед окном в корпусе также располагается оптический модуль, который формирует необходимую диаграмму направленности волн. Чаще всего PIR-датчик снабжается линзой Френеля, штампованной на пластике. Для обработки уже электрических сигналов и отсечения помех используется и полевой транзистор. Он располагается возле чувствительных кристаллов и, несмотря на задачу отсечения помех, в некоторых моделях может понижать эффективность функции кристалла.
Система GSM в датчике
Данный опционал можно назвать излишним, хотя есть немало приверженцев такой концепции. Суть совмещения функции определения движения посредством сенсора и модуля GSM обусловлена стремлением уже к полной автономности устройства.
Как отмечалось выше, датчик связывается с центральным пультом управления, от которого в дальнейшем исходит сигнал на оперативный охранный комплекс или на телефон непосредственного владельца. Если же используется PIR-датчик движения с системой GSM, то отправка тревожного сигнала может осуществляться моментально в момент регистрации факта проникновения.
То есть этап переправки сигнала на промежуточный контроллер пропускается, что позволяет выиграть иногда несколько секунд. И это не говоря о повышении надежности за счет исключения дополнительных звеньев в цепи передачи сообщения. В чем же недостаток данного решения? Во-первых, оно полностью полагается на работу GSM-связи, что, напротив, понижает надежность системы, но уже по другой причине. Во-вторых, наличие модуля как такового негативно сказывается на работе чувствительного элемента – соответственно, точность фиксации проникновения снижается.
Программное обеспечение
В сложных охранных комплексах, где используются интеллектуальные контроллеры с высокой степенью автоматизации, не обойтись без средств программирования датчика. Обычно производители разрабатывают специальные готовые программы с обширным набором режимов эксплуатации. Но при возможности пользователь может создать и свой алгоритм действия датчика в тех или иных условиях.
Его можно будет интегрировать через официальное программное обеспечение, которое поставляется вместе с аппаратурой. Обычно таким образом настраивается схема действия прибора в моменты фиксации тревоги – например, прописывается алгоритм отправки сообщений, если модель имеет тот же модуль обеспечения сотовой связи. С другой стороны, распространены домашние не охранные PIR-датчики светодиодные, отзывы о которых отмечают эффективность информирования о работе отдельных компонентов системы освещения. В каждом устройстве есть микроконтроллер, который отвечает за действия прибора в соответствии с заложенными командами.
Установка сенсора
Физическая установка датчика производится с помощью комплектных фиксаторов. Обычно применяют кронштейны или саморезы, закрепляющие не сам корпус детектора, а конструкцию, в которую он первоначально интегрируется. По сути, это дополнительный каркас с предусмотренными для закручивания отверстиями. Но главное в этой части работы – верно рассчитать положение сенсора.
Дело в том, что инфракрасный датчик движения PIR проявляет наибольшую чувствительность в ситуациях, когда объект с тепловым излучением пересекает поле контроля со стороны. И напротив, если человек направляется прямо на устройство, то способность фиксации сигнала будет минимальной. Также не стоит располагать прибор в местах, которые постоянно или периодически подвергаются температурным колебаниям из-за работы отопительного оборудования, открывающихся дверей и окон или работающей системы вентиляции.
Подключение датчика
Устройство необходимо подключить к основному реле контроллера и системе энергоснабжения. На типовом аппарате предусматривается плата с клеммами, предназначенными для источника питания. Чаще всего используется источник с напряжением 9-14 В, а ток потребления может составлять 12-20 мА. Обычно производители указывают электротехнические характеристики посредством маркировки клемм.
Соединение осуществляется по одной из стандартных схем с учетом особенностей эксплуатации конкретной модели. В некоторых модификациях возможно подключение PIR-датчика без проводки, то есть напрямую к сети. Это в некотором роде комбинированные конструкции, которые устанавливаются на открытых местах и управляют теми же системами освещения. В случае установки охранного сенсора такой вариант вряд ли будет уместен.
Нюансы эксплуатации
Сразу после монтажа и подключения следует задать устройству оптимальные параметры функционирования. Например, регулировке поддается сила чувствительности, диапазон охвата излучения и т. д. В новейших программируемых модификациях допускается и возможность автоматической коррекции параметров работы датчика в зависимости от условий эксплуатации. Так, если подключить PIR-датчик к центральному контроллеру, связанному с терморегуляторами, то чувствительный элемент сможет варьировать границы критических показателей излучения на основе получаемых данных о температуре.
Датчик в системе «Ардуино»
Комплекс «Ардуино» является одной из самых популярных систем управления домашней автоматикой. Это контроллер, к которому подключаются источники освещения, системы мультимедиа, отопительные приборы и другая бытовая техника. Датчики в этом комплексе не являются конечными функциональными устройствами – они лишь выполняют роль индикаторов, в зависимости от состояния которых центральный блок с микропроцессором принимает то или иное решение в соответствии с заложенным алгоритмом. Подключается PIR-датчик «Ардуино» через три канала, среди которых выходной цифровой сигнал, а также линии питания с разной полярностью – GND и VCC.
Популярные модели PIR-датчиков
Большинство датчиков преимущественно выпускаются китайскими производителями, поэтому стоит готовиться к проблемам с электротехнической начинкой. Приобрести по-настоящему качественный сенсор можно разве что в комплектации с контроллерами.
Тем не менее многие хвалят датчик движения PIR MP Alert A9, который хоть и представляет бюджетный сегмент, но отличается достойной сборкой и неплохими рабочими качествами. По-своему интересны и такие модели, как Sensor GH718 и HC-SR501. Это датчики открытого типа, которые можно без труда замаскировать или включить в комплекс того же контроллера. Что касается эксплуатационных свойств, то радиус охвата описанных моделей составляет 5-7 м, а время автономной работы – в среднем 5 дней.
Сколько стоит устройство?
По сравнению с ценниками современной сигнализационной аппаратуры, сенсор выглядит весьма привлекательно. Всего за 1,5-2 тыс. р. можно приобрести качественную модель и даже с расширенной комплектацией. В среднем же простой PIR-датчик оценивается в сумму, не превышающую 1 тыс. Другое дело, что о надежности и долговечности в данном случае речи не идет.
При этом не стоит думать, что этот компонент обойдется недорого в составе комплексной охранной системы. Даже обеспечение безопасности небольшого частного дома может потребовать использование десятка таких датчиков, для каждого из которых также понадобится и вспомогательная оснастка под монтаж и подключение.
Заключение
Вхождение сенсорных компонентов в охранные системы радикально изменило принципы их работы. С одной стороны, детекторы позволили поднять на новый уровень безопасность обслуживаемого объекта, а с другой – усложнили техническую инфраструктуру, не говоря о системе управления. Достаточно сказать, что PIR-датчик Arduino свои возможности в полной мере раскрывает только при условии программирования на автоматическую работу. Причем он взаимодействует не только с прямыми регистраторами сигнала о вторжении, но и с другими чувствительными элементами, которые повышают его эффективность. В то же время производители стремятся и облегчать задачи самих пользователей. Для этого разрабатываются устройства, работающие без проводов, вводятся модули управления датчиками с помощью смартфонов и т. д.
Источник: fb.ru
Как работает PIR датчик HC-SR501, и его взаимодействие с Arduino
Лаборатория каждого сумасшедшего ученого, или секретная комната подростка, нуждается в улучшенной защите от вторжения мошенников или братьев и сестер. Если вы один из них, вам, вероятно, стоит подумать о приобретении пассивного пироэлектрического инфракрасного (PIR) датчика. PIR датчики позволяют вам определять, когда кто-то находится в комнате, когда не должен быть там.
Хотя это может показаться чем-то из шпионского фильма, но вы, вероятно, используете PIR датчики каждый день. Этот датчик вы можете найти в большинстве современных систем безопасности, автоматических выключателях света, механизмах открывания гаражных ворот и аналогичных применениях, где работа какого-либо электрического устройства необходима только в присутствии людей.
Как работает PIR датчик движения?
Если вы не знали, все объекты с температурой выше абсолютного нуля (0 Кельвинов / -273,15°C), включая человеческие тела, испускают тепловую энергию в виде инфракрасного излучения. Чем горячее объект, тем большее излучение он излучает.
PIR датчик разработан специально для обнаружения таких уровней инфракрасного излучения. В основном он состоит из двух основных составляющих: пироэлектрического датчика и специальной линзы, называемой линзой Френеля, которая фокусирует инфракрасные сигналы на пироэлектрический датчик.
Пироэлектрический датчик на самом деле имеет две прямоугольные прорези, выполненные из материала, который пропускает инфракрасное излучение. За ними находятся два отдельных инфракрасных сенсорных электрода: один из которых отвечает за создание положительного выходного сигнала, а другой – отрицательного. Причина такого решения заключается в том, что мы ищем изменение инфракрасных уровней, а не сами окружающие инфракрасные уровни. Два электрода подключены так, чтобы они подавляли друг друга. Если одна половина видит больше или меньше инфракрасного излучения, чем другая, выходной сигнал будет высоким или низким.
Когда датчик находится в режиме ожидания (то есть вокруг датчика нет движения), оба слота обнаруживают одинаковое количество инфракрасного излучения, что приводит к нулевому выходному сигналу.
Но когда мимо проходит теплый объект, подобный человеку или животному; сначала он перекрывает одну половину PIR датчика, что вызывает появление положительного дифференциального изменения между двумя половинами. Когда теплый объект покидает чувствительную область, происходит обратное, в результате чего датчик генерирует отрицательное дифференциальное изменение. Соответствующий импульс сигналов приводит к тому, что датчик устанавливает на выходном выводе высокий логический уровень.
PIR детектор движения HC-SR501
Для большинства наших проектов на Arduino, которые должны определять, когда человек покинул или вошел в зону, или приблизился, PIR датчики HC-SR501 являются отличным выбором. Они имеют низкое энергопотребление и низкую стоимость, довольно прочные, имеют широкий диапазон линз, с ними легко взаимодействовать, и они безумно популярны среди любителей.
PIR датчик HC-SR501 имеет три вывода: питание VCC, выход и земля (показано на рисунке ниже). Он имеет встроенный стабилизатор напряжения, поэтому он может питаться от любого постоянного напряжения от 4,5 до 12 вольт, обычно используется 5В. Кроме этого, у него есть несколько настроек. Давайте проверим их.
На плате есть два потенциометра для настройки пары параметров:
- Чувствительность – устанавливает максимальное расстояние, на котором может быть обнаружено движение. Оно варьируется от 3 до 7 метров. На реальное расстояние, которое вы получите, может влиять планировка вашего помещения.
- Время – устанавливает время, в течение которого выходной сигнал останется на высоком логическом уровне после обнаружения. Минимум – 3 секунды, максимум – 300 секунд или 5 минут.
Наконец, на плате есть перемычка (на некоторых моделях перемычка не впаяна). У нее есть два варианта настройки:
- H – это удержание / повтор / повторный запуск. В этом положении HC-SR501 будет продолжать выдавать высокий логический уровень, пока он продолжает обнаруживать движение.
- L – это прерывающийся или неповторяющийся / без повторного запуска. В этом положении выходной сигнал останется на высоком логическом уровне в течение времени, установленного регулировкой потенциометра TIME.
Повышение универсальности PIR датчика HC-SR501
Печатная плата HC-SR501 имеет площадки для двух дополнительных компонентов. Они обычно обозначаются как «RT» и «RL». Обратите внимание, что на некоторых платах обозначения могут быть закрыты «купольной» линзой на стороне, противоположной компонентам.
- RT – предназначен для термистора или термочувствительного резистора. Его добавление позволяет использовать HC-SR501 при экстремальных температурах, а также в некоторой степени повышает точность детектора.
- RL – это место для подключения светочувствительного резистора (LDR) или фоторезистора. При добавлении этого компонента HC-SR501 будет работать только в темноте, это обычное применение для систем освещения, чувствительных к движению.
Дополнительные компоненты могут быть припаяны непосредственно к плате или выведены в удаленные места с помощью проводов и разъемов.
Распиновка PIR датчика HC-SR501
HC-SR501 имеет 3-контактный разъем, который соединяет его с внешним миром. На него выведены следующие контакты:
VCC – вывод питания для PIR датчика HC-SR501, к которому мы подключаем вывод 5V на Arduino.
Выходной контакт – логический выход с TTL уровнем 3,3 В. Низкий логический уровень означает, что движение не обнаружено, высокий логический уровень означает, что было обнаружено какое-то движение.
GND должен быть подключен к земле Arduino.
Использование PIR датчика в качестве автономного устройства
Одна из причин, по которой PIR датчик HC-SR501 является чрезвычайно популярным, заключается в том, что он является очень универсальным датчиком, который самодостаточен. А подключив его к каким-либо микроконтроллерам, таким как Arduino, вы сможете еще больше расширить его универсальность. Для нашего первого эксперимента мы будем использовать HC-SR501 отдельно, чтобы показать, насколько он полезен сам по себе.
Схема соединений для этого эксперимента очень проста. Батареи подключены к выводам датчика VCC и GND, а маленький красный светодиод подключен к выходному контакту через ограничивающий ток резистор 220 Ом. И всё!
Теперь, когда PIR обнаруживает движение, на выходном контакте появляется высокий логический уровень, и светодиод загорается!
Помните, что при включении питания необходимо подождать 30-60 секунд, пока PIR датчик не адаптируется к инфракрасной энергии в помещении. В течение этого времени светодиод может немного мигать. Подождите, пока светодиод не погаснет, а затем подвигайтесь перед ним, махая рукой, чтобы увидеть, что светодиод загорается.
Подключение PIR датчика к Arduino UNO
Теперь, когда у нас есть полное понимание того, как работает PIR датчик, мы можем подключить его к нашей плате Arduino!
Подключить PIR датчики к микроконтроллеру очень просто. PIR действует как цифровой выход, поэтому всё, что вам нужно делать, это отслеживать, когда на его выходном выводе установится высокий логический уровень (обнаружено движение) или низкий логический уровень (не обнаружено). Подайте на PIR датчик напряжение 5 В и подключите землю. Затем подключите выход к цифровому выводу 2.
Вам нужно установить перемычку на HC-SR501 в положение H (повторный запуск), чтобы он работал правильно. Вам также нужно будет установить время на минимум (3 секунды), повернув потенциометр «время» против часовой стрелки до упора. Установите чувствительность в любое положение, которое вам нужно, либо, если не уверены, установите ее в среднее положение.
Теперь вы готовы загрузить код и начать работу PIR датчиком.
Код Arduino
Код очень прост и в основном отслеживает, является ли входной сигнал на выводе 2 высоким или низким.
int ledPin = 13; // выбор вывода для светодиода int inputPin = 8; // выбор входного вывода (для PIR датчика) int pirState = LOW; // начинаем работу, предполагая, что движение не обнаружено int val = 0; // переменная для чтения состояния вывода void setup() < pinMode(ledPin, OUTPUT); // настраиваем вывод светодиода, как выход pinMode(inputPin, INPUT); // настраиваем вывод датчика, как вход Serial.begin(9600); >void loop() < val = digitalRead(inputPin); // прочитать входное значение if (val == HIGH) // проверить, есть ли на входе высокий логический уровень < digitalWrite(ledPin, HIGH); // включить светодиод if (pirState == LOW) < Serial.println(«Motion detected!»); // напечатать об изменении выхода pirState = HIGH; >> else < digitalWrite(ledPin, LOW); // выключить светодиод if (pirState == HIGH) < Serial.println(«Motion ended!»); // напечатать об изменении выхода pirState = LOW; >> >
В конце, при обнаружении движения мы печатаем сообщение в монитор последовательного порта.
Что нужно учесть перед проектированием приложений на базе PIR датчиков
Как и для большинства PIR датчиков, HC-SR501 требуется некоторое время для адаптации к инфракрасной энергии в помещении. Это занимает от 30 до 60 секунд при первом включении датчика.
Кроме того, датчик имеет период «сброса» около 5 или 6 секунд после считывания. В течение этого времени он не обнаружит никакого движения.
При проектировании системы на базе HC-SR501 вам необходимо будет учитывать эти длительности задержек.
Теги
Сохранить или поделиться
На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.
В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.
Источник: radioprog.ru
Датчик PIR
PIR – пассивный инфракрасный датчик движения. Основан он на пироэлектрически чувствительном элементе, который реагирует на изменение уровня инфракрасного излучения в зоне его действия.
Датчик реагирует на изменение излучения в инфракрасном диапазоне, а именно в средней его части — 5-15 мкм (тело среднего здорового человека излучает в диапазоне около 9 мкм). Он реагирует на изменение уровня излучения в пространстве, то есть улавливает перемещение объекта.
Кристаллические вещества датчика обладают свойством поляризоваться под действием падающего на них излучения. При изменении интенсивности излучения изменяется и поляризация, а, следовательно, и напряженность электрического поля в кристалле. Далее измеряя разность потенциалов между разными точками кристалла можно судить о величине излучения.
Правда возникающая разность потенциалов довольно быстро компенсируется «налипающими» на кристалл заряженными частицами, которых в окружающем пространстве достаточно. По этой причине для измерения постоянной интенсивности излучения пироэлектрик не очень пригоден. Нормально может быть зафиксировано именно изменение излучения.
Но в целях, в которых подобные датчики применяются, то есть обнаружение передвижение инфракрасного излучения — это то, что нужно.
После того, как датчик уловил движение, он передаёт сигнал на процессор камеры, который в свою очередь передаёт этот сигнал на регистратор. После чего DVR начинает записывать видео с данной камеры.
- данный датчик не реагирует на изменение видео потока, а следовательно не будет реагировать на такие факторы, как движение деревьев, движение травы, на мелких животных, птиц и т.д.;
- данный датчик имеет угол обзора 120 градусов, что позволяет начать запись до появления объекта в кадре.
- SVC-S172PIR;
- SVC-D272PIR.
Источник: satvision-cctv.ru
Теория и практика пассивных пироэлектрических датчиков или как сделать индикатор направления движения
В нашем несовершенном мире весьма востребованы разные технические штуки, призванные стоять на страже имущества и спокойствия граждан. Поэтому сложно, полагаю, найти человека, который бы никогда не видел охранных сигнализаций, снабженных датчиками движения. Физические принципы их работы, а также реализация могут быть разные, но, вероятно, наиболее часто встречаются пироэлектрические пассивные инфракрасные датчики (PIR).
Примерно такие:
Реагируют они на изменение излучения в инфракрасном диапазоне, а именно в средней его части — 5-15 мкм (тело среднего здорового человека излучает в диапазоне около 9 мкм). С точки зрения конечного потребителя штука очень простая — вход питания (чаще 12 вольт) и выход реле (обычно твердотельное и с нормально замкнутыми контактами). Прокрался кто-нибудь тепленький мимо — реле сработало. Скукота. Но внутри все не так просто.
Сегодня мы немного времени посвятим теории, а затем распотрошим один такой девайс и сделаем из него не просто датчик, реагирующий на факт движения, но регистрирующий направление движения.
Немного теории
Некоторые кристаллические вещества обладают свойством поляризоваться под действием падающего на них излучения. С изменением интенсивности излучения изменяется и поляризация, а, следовательно, и напряженность электрического поля в кристалле. Отсюда и название — пироэлектрики.
Далее измеряя разность потенциалов между разными точками кристалла можно судить о величине излучения. Правда возникающая разность потенциалов довольно быстро компенсируется «налипающими» на кристалл заряженными частицами, которых в окружающем пространстве достаточно. По этой причине для измерения постоянной интенсивности излучения пироэлектрик не очень пригоден. Внятно может быть зафиксировано именно изменение излучения. Но в целях, в которых подобные датчики применяются — фиксация движения, это то, что нужно.
Вроде все просто, но есть небольшая проблема. Нам не интересно изменение излучения вообще, а интересно его изменение по причине прохода нарушителя. Но солнце встает и заходит, лето сменяется зимой, отопление включают и выключают, и падающее на сенсор инфракрасное излучение меняется в очень больших пределах, хотя никто и не думал покушаться на наше имущество.
Понятно, что практическая ценность устройства, реагирующего на что попало, близка к нулю. Обходят эту неприятность довольно просто — вместо одного чувствительного элемента используют два. Включая их в цепь последовательно так, чтобы изменения напряженности на них происходили в противоположных направлениях. А конструктивно располагая с тем расчетом, чтобы «глобальное» изменение уровня инфракрасного излучения (скажем при изменении температуры воздуха) влияло на них в равной степени, а «локальное» (перемещение объекта вроде человека) — в разной. Чтобы было понятнее перейдем к иллюстрации (рисунки намеренно сделаны от руки, дабы несколько разнообразить засилье компьютерной графики).
Внутри металлического корпуса (изображено синим) помещают два кристалла пироэлектрика. Для измеряемого излучения в корпусе имеется окошко, закрытое фильтром (красный), пропускающим только нужный нам диапазон длин волн. Перед окошком размещают оптическую систему (зеленая), формирующую нужную диаграмму направленности датчика. Двояковыпуклая линза нарисована, конечно, условно. В реальных датчиках используют линзы Френеля, отштампованные на пластике (прозрачном в нужном диапазоне частот, само собой). Вот такие:
О линзах подробнее чуть позже.
Прямо рядом с кристаллами внутри корпуса (дабы не растерять в «дальней дороге» измеряемую величину) размещают полевой транзистор, сток и исток которого уже выведены наружу. Транзистор полевой неспроста. Этот прибор, как известно, управляется электрическим зарядом, изменение которого на кристалле мы, собственно, и измеряем. Биполярный транзистор здесь совершенно бы не подошел, как прибор управляемый током, которого пироэлектрик выдать не в состоянии. Резистор нужен для стекания паразитных статических зарядов, хотя несколько ухудшает чувствительность прибора.
Теперь о линзах. Без линз датчик имеет очень широкую диаграмму направленности — 100-120° по вертикали и горизонтали. При этом (условно) одну половину пространства «видит» один кристалл, вторую — другой. Т.е. получается этакий конус, рассеченный плоскостью, направление которой зависит от взаимного расположения кристаллов. Обычно эта плоскость вертикальна.
При помощи линзы из двух получившихся полуконусов формируется два относительно узких «луча» диаграммы направленности. Это повышает чувствительность датчика по расстоянию и снижает паразитные шумы. Однако узость диаграммы приводит к возможности нарушителю легко обойти чувствительные зоны.
Чтобы этого не случилось линз делают несколько (это как раз видно на фото выше) и, соответственно, формируют несколько пар лучей. Их вид и число зависят от области применения датчика. Скажем для коридоров нужно «видеть» узко, но далеко. Для квадратного помещения — близко и широко. Где-то нужно защитить зону под датчиком, где-то над ним и т. п. Но это все не принципиально, поэтому сосредоточимся на одной паре лучей, которую пересекает движущийся теплый объект.
По мере движения объект попадет в поле зрения одного кристалла, и тот сформирует импульс напряжения в соответствии с изменением уровня инфракрасного излучения. Когда объект попадет в поле зрения другого кристалла, тот тоже сформирует импульс, но другой направленности (мы же помним, что кристаллы включены в противоположной полярности). Если объект пересечет несколько пар лучей, то весь этот процесс повторится.
Примечание: Ввиду того, что питание датчика, как правило, однополярное, нельзя говорить о положительном и отрицательном импульсе. Можно говорить лишь об изменении напряжения в большую или меньшую сторону от некоего среднего значения «покоя», зависящего от параметров сенсора, схемы его включения, состояния окружающей среды. Но для удобства изложения далее все же будем говорить об отрицательном и положительном импульсах.
С этого момента уже становится понятно каким образом можно определить направление движения. Если зафиксирован сначала положительный импульс, а потом отрицательный, то направление одно, если наоборот — другое. Однако в бытовых датчиках, о которых мы ведем речь, это свойство не используется. Но далее мы это исправим.
Пользоваться сигналом прямо с сенсора нельзя — он слишком мал, а его среднее значение «плавает» в больших пределах. Сигнал нужно усилить, причем в сотни тысяч раз, избавиться от дрейфа среднего значения и преобразовать в дискретный вид — есть движение/нет движения. Типовая структурная схема датчика движения, решающая эти задачи, имеет такой вид:
Слабый сигнал сенсора усиливается и подается на пару компараторов, один из которых фиксирует превышение заданной амплитуды положительным импульсом, второй — отрицательным. Уже дискретный сигнал с компараторов отправляется на исполнительное устройство. В качестве последнего обычно выступает ждущий мультивибратор, который на некоторое фиксированное время включает реле, а то уже размыкает/замыкает охранный шлейф. В более продвинутых датчиках вместо компараторов могут быть более сложные схемы, обеспечивающие защиту от ложных срабатываний, резких колебаний параметров окружающей среды, срабатываний от движения мелких животных, дополнительную реакцию на пожар и т. п. В самых современных датчиках все это делается не аналоговыми схемами, а DSP.
Однако для достижения поставленной цели нас будет интересовать только то, что до компаратора. Т.е. усилительная часть, а конкретнее — выход уже усиленного сигнала пироэлектрического сенсора. Для того, чтобы можно было найти это место в разбираемом датчике, посмотрим что именно нужно искать. А искать нужно в первую очередь микросхемы операционных усилителей (ОУ), расположенных недалеко от сенсора.
Типовая схема усилителя выглядит приблизительно так (нарисовано приблизительно, поскольку вариаций конкретных исполнений не счесть):
В данном случае первый каскад представляет собой неинвертирующий усилитель, второй инвертирующий. Коэффициенты усиления каждого из них порядка десятков тысяч, а обоих порядка сотен тысяч. Но главный «секрет» в том, что обратные связи ОУ содержат элементы (а именно конденсаторы), делающие эти связи зависимыми от частоты.
Номиналы элементов таковы, что вблизи нулевой частоты (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. Такая частотная характеристика не случайна. Размер области, которую захватывает наша пара лучей, порядка 0,5-1 метра. Скорость движения человека порядка 1-3 м/с.
Соответственно частота пересечения чувствительных зон составит как раз единицы герц. А сигналы лежащие вне этого диапазона можно считать паразитными. В том числе и дрейф постоянной составляющей сигнала. Т.е. в потрохах датчика нужно искать нечто подобное выходу второго каскада усиления.
Переходим к практическим упражнениям
Вооружившись теоретическими сведениями достанем паяльник. На фото показан разобранный датчик (снята передняя крышка с линзами Френеля и металлический экран).
Смотрим маркировку ближайшей к пироэлектрическому сенсору (круглый металлический с окошечком — это он и есть) микросхемы и (о, удача!) ею оказывается LM324 — счетверенный ОУ. Путем рассматривания окружающих элементов находим вывод ОУ, наиболее вероятно подходящий для наших целей (в моем случае это оказался вывод 1 микросхемы). Теперь неплохо бы проверить, а то ли мы нашли.
Обычно для этого используют осциллограф. У меня под рукой его не оказалось. Зато оказался ардуино. Поскольку уровень сигнала после усиления составляет порядка единиц вольт, и особой точности замеров нам не нужно (достаточно качественной оценки), то входы АЦП ардуино вполне подойдут. К найденному выводу ОУ и минусу питания паяем проводки и выводим на макетку.
Провода не должны быть длинными. В противном случае есть шанс померить не сигнал датчика, а что-нибудь совершенно другое.
Теперь подумаем насколько быстро нужно считывать сигнал, чтобы получить что-то вменяемое. Выше было сказано, что частотный диапазон полезного сигнала ограничен величиной примерно 10 Гц. Вспоминая теорему Котельникова (или Найквиста — кому что больше нравится), можно сделать вывод, что замерять сигнал с частотой выше 20 Гц смысла нет. Т.е. период дискретизации в 50 мс вполне подойдет. Пишем простой скетч, который каждые 50 мс читает порт А1 и вываливает его значение в сериал (строго говоря, измерения сигнала происходят реже, чем через 50 мс, поскольку на запись в порт тоже нужно время, однако для наших целей это не важно).
unsigned long time; void setup() < Serial.begin(9600); pinMode(A1, INPUT); time=millis(); >void loop() < if ((millis()-time) >= 50) < Serial.println(analogRead(A1)); >time=millis(); >
Включаем и машем перед датчиком руками (можно побегать, даже полезнее). На стороне компьютера данные с порта вываливаем в файл.
stty -F /dev/ttyUSB0 raw ispeed 9600 ospeed 9600 -ignpar cs8 -cstopb -echo cat /dev/ttyUSB0 > output.txt
Строим график (в файл добавлен столбец с нумерацией отсчетов):
gnuplot> plot «output.txt» using 1:2 with lines
И видим то, что, собственно, и хотели — разнополярные всплески напряжения. Ура, теория работает и провод припаян куда надо. А простой анализ (проще говоря — рассматривание) графика позволяет сделать вывод, что более или менее надежной фиксацией факта наличия движения можно считать отклонение сигнала на 150 единиц от среднего значения.
Настало время сделать, наконец, датчик направления движения.
Модифицируем схему. Помимо аналогового сигнала сенсора подключим к ардуино пару светодиодов (порты 2 и 3, не забудьте токоограничительные резисторы) и напишем чуток более сложный скетч.
Развернуть
int a1; int state2=0; long average=0; int n=0; unsigned long time; void setup() < pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(A1, INPUT); digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); delay (30000); //мой датчик после включения //до начала работы тупит 30 сек. time=millis(); //тысячу раз делаем замер сигнала для //вычисления его среднего значения //чтобы было от чего отсчитывать отклонения while (n average=average/1000; //одновременным включением светодиодов //сигнализируем, что система готова digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, HIGH); delay(1000); digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); time=millis(); > void loop() < //опрашиваем датчик каждые 50 мс if ((millis()-time) >= 50) < //этим простым выражением аналаговый сигнал //превращаем в дискретный со значениями -1/0/1 a1=(analogRead(A1)-average)/150; //если было изменение полярности сигнала, то //включаем нужный светодиод switch (a1) < case 1: if (state2=-1) state2=a1; break; case -1: if (state2=1) state2=a1; break; > //повторяем сначала time=millis(); > >
Чтобы из всего множества лучей диаграммы направленности датчика оставить только одну пару, закрываем все, кроме одной, линзы Френеля бумажным экраном.
Наслаждаемся результатом.
Источник: habr.com