Датчики присутствия человека

Содержание

Емкостные датчики

Самый простой сенсор — емкостной датчик обнаружения присутствия. По своей конструкции он напоминает обычный конденсатор переменной емкости. Изменение состояния держит на контроле специальная микросхема. Подходят для наблюдения за передвижением в охраняемой зоне.

Такой датчик объема обладает, как определенными достоинствами:

  • малым весом;
  • небольшими габаритами;
  • очень незначительным потреблением электроэнергии;
  • нет контактных групп;
  • большим сроком эксплуатации;
  • адаптация под различные задачи;
  • простота изготовления из доступных и недорогих материалов.

Так и недостатками:

  • в процессе измерений могут возникать грубые ошибки и погрешности;
  • для работы нужны преобразователи и измерители, функционирующие на высоких частотах;
  • наличие защитного экрана для измерительных цепей.

Устройство собственного производства

На просторах Интернета можно найти разнообразные методы для сборки датчика присутствия. Главным элементом для его изготовления является схема датчика, которая может быть представлена следующим образом:

  1. Подстроечный резистор.
  2. Питающий элемент, в качестве которого может выступить блок питания.
  3. Реле.
  4. Транзистор и фотоэлемент.

Все необходимые детали можно приобрести в специализированном магазине. Однако собранный прибор по частям собственными руками обойдется гораздо дороже, чем готовое изделие (только реле имеет стоимость примерно 300 р.). Таким образом, целесообразнее купить датчик движения, стоимость его будет варьироваться в пределах 450 руб., чем потратить на его изготовление в два раза больше денежных средств и собственных усилий.

Датчики, позволяющие определить наличие присутствия объекта в пространстве, являются весьма выгодным вложением. Обеспечивая комфорт и безопасность, они также позволяют своим владельцам снизить затраты денежных средств на электроэнергию. Срок окупаемости данного прибора обычно не превышает двух с половиной лет. Кроме того, такое устройство выведет ваше помещение на новый этап обустройства и сделает его более современным.

Емкостные датчики

Самый простой сенсор — емкостной датчик обнаружения присутствия. По своей конструкции он напоминает обычный конденсатор переменной емкости. Изменение состояния держит на контроле специальная микросхема. Подходят для наблюдения за передвижением в охраняемой зоне.

Такой датчик объема обладает, как определенными достоинствами:

  • малым весом;
  • небольшими габаритами;
  • очень незначительным потреблением электроэнергии;
  • нет контактных групп;
  • большим сроком эксплуатации;
  • адаптация под различные задачи;
  • простота изготовления из доступных и недорогих материалов.

Так и недостатками:

  • в процессе измерений могут возникать грубые ошибки и погрешности;
  • для работы нужны преобразователи и измерители, функционирующие на высоких частотах;
  • наличие защитного экрана для измерительных цепей.

Как подключиться к прожектору

Еще один вопрос, который требует рассмотрения — как правильно подключить датчик движения к прожектору.

Для этого можно использовать одну из следующих схем:

  1. С ТРЕМЯ КОНТАКТАМИ. В этом случае с щитка подводится фаза к клемме L. С выхода А провод идет ко входу L прожектора. Подача напряжения осуществляется в случае срабатывания датчика движения. Контакты N объединяются и направляются к щитку. Земля направляется напрямую к прожектору и подключается к PE для отвода возможного напряжения от металлического корпуса.
  2. С ПРИМЕНЕНИЕМ ОДНОКЛАВИШНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ. В рассмотренном выше решении применение выключателя не предусмотрено. Но это можно исправить. Как правило, выключатель монтируется в разрыв фазы (до изделия, контролирующего движение). В таком случае при отключении выключателя снимается напряжение со всей схемы. Второй вариант подключения выключателя — параллельно фазе и выходу из датчика движения. При таком решении можно включать освещение, не привязываясь к остальным устройствам. При отключении выключателя вся схема работает в обычном режиме.
  3. С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХКЛАВИШНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ. В таком случае внедряется некий симбиоз двух рассмотренных выше схемных решений. Один контакт выключателя разрывает фазу, а второй подходит параллельно. При отключении обоих кнопок с цепи полностью снимается напряжение. При отключении первой клавиши датчик работает в обычном режиме и включает прожектор при появлении движения. Если сработана только вторая клавиша, на лампу сразу подается напряжение.
  4. ДВА ДАТЧИКА. Здесь работает тот же принцип, который рассматривался выше. Два контролирующих движение органа располагаются параллельно, после чего подключаются к питающей цепи и прожектору.
  5. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЛАМПЫ НА МЕНЬШЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ. Если необходимо включить прожектора на меньшее напряжение (12, 24 или 36), перед входом устанавливается блок питания, снижающий 220 В до необходимого уровня. При этом на вход БП поступает три провода (с землей), к датчику направляется только питание.
  6. ДЛЯ ОТДЕЛЬНОГО ФОТОРЕЛЕ. При установке старых контроллеров движения без фотореле последнее приходится подключать отдельно. В таком случае с выхода датчика провод идет на реле, а уже после этого на вход прожектора. Нули объединяются, а земля идет к источнику освещения.

Выше приведены основные схемы, позволяющие подключить прожектор с выключателем или без него. Здесь уже каждый принимает решение с учетом текущих задач и особенностей помещения.

Изготовление прибора своими руками

Изготовить датчик уровня воды в баке или скважине можно самостоятельно. Для того чтобы сделать простой вариант понадобится следующее:

  • Выпрямительные диоды. У деталей необходимо спилить верхнюю колбу. Должно получиться трубчатое соединение;
  • Просверлить отверстие в корпусе вывода элемента. Отверстие должно иметь диаметр 1,5 мм. В трубочку, которая изготовлена из фторопласта, нужно продеть тонкую проволоку. Вдеть проволоку в отверстие в диоде, которое заранее просверлили. Нижний конец проволоки необходимо завернуть в петлю и укрепить клеем, а нижний конец запаять;
  • Далее можно соединить деталь со схемой системы и подключить к реле сигнального индикатора.

Сделать модель более удобной и современной можно, установив монитор или циферблат.

Изготовив такой прибор, вы сможете регулировать и контролировать воду в баке, насосе или скважине. Отрегулировать схему системы контроля воды также можно самостоятельно.

Устройство и принцип действия

Датчик звука для автоматического включения света представляет собой микросхему, главные компоненты которой — аудиоприемник, усилитель, электрореле и контроллер. Работает устройство по следующему принципу:

  • В помещении, где установлен звуковой детектор, раздается звук (шаги, голос, хлопок).
  • Аудиоприемник фиксирует акустическую волну.
  • Возникающий сигнал проходит через анализатор.
  • Далее посылается команда на замыкание электрореле.
  • Электрический ток начинает поступать на лампочку — свет зажигается.
  • Одновременно с этим подключается таймер на размыкание цепи (в зависимости от заданных пользователем настроек — от нескольких секунд до десятков минут).
  • Пока свет горит, звуковой датчик фактически находится в отключённом состоянии и никак не влияет на работу системы подсветки.

Современные детекторы рассматриваемого типа обладают достаточно большой чувствительностью. Поэтому чтобы исключить ложное срабатывание в конкретном месте применения, необходимо выполнить правильную настройку по данному параметру.

Для этой цели на корпусе прибора есть два регулятора. Один из них устанавливает порог воспринимаемого звука. Другой программирует время работы светильника после включения. Как правило, предела в 50 дБ (что соответствует хлопку в ладоши) вполне хватает внутри помещения.

Сферы применения

Оборудование применяется во многих областях, а не только для охранных систем. Универсальный прибор надежен и позволяет во многом сэкономить на других, ранее распространенных деталях, выполняющих аналогичные функции.

Жилые помещения

Основная сфера применения — система умный дом. Датчик присутствия позволяет оптимизировать расход электроэнергии. Когда она не нужна, то свет отключается.

Охранные системы

Охранный прибор убережет дом от взлома. Он мгновенно перейдет в активный режим, если появится активность, пусть даже минимальная.

Робототехника

Эта область не так распространена в бытовом плане. Но планируется постепенно внедрять в оборот роботизированную технику, которая будет работать на основе сверхчувствительного оборудования.

Разнообразные производственные процессы

Системы под контролером можно оптимизировать многие производственные процессы. Уже сейчас их можно встретить на административных и офисных сооружениях в крупных городах, на детских садиках и институтах, в гостиницах и спортивных площадках.

Контроль расхода электрической энергии

Простейшие датчики, которые некоторые радиолюбители, которые даже изготавливают дома, способны контролировать расход энергии, то есть отключать ее, если в помещении никого нет.

Емкостные датчики

Самый простой сенсор — емкостной датчик обнаружения присутствия. По своей конструкции он напоминает обычный конденсатор переменной емкости. Изменение состояния держит на контроле специальная микросхема. Подходят для наблюдения за передвижением в охраняемой зоне.

Такой датчик объема обладает, как определенными достоинствами:

  • малым весом;
  • небольшими габаритами;
  • очень незначительным потреблением электроэнергии;
  • нет контактных групп;
  • большим сроком эксплуатации;
  • адаптация под различные задачи;
  • простота изготовления из доступных и недорогих материалов.

Так и недостатками:

  • в процессе измерений могут возникать грубые ошибки и погрешности;
  • для работы нужны преобразователи и измерители, функционирующие на высоких частотах;
  • наличие защитного экрана для измерительных цепей.

Как сделать своими руками

Простейший датчик делается своими руками. Но не всегда затраты по времени и цене деталей оправданы.

Емкостной

Схема основана на понимании работы излучения. Прибор состоит из:

  • транзисторов;
  • резисторов;
  • пироэлектрического датчика;
  • микросхемы;
  • линзы Френеля.

Волны, которые выделяет объект, попадают на пиротехнический датчик. Он фиксирует их и передает на модуль управления. Тот формирует сигнал, который выдает необходимый функционал.

Тепловой

Самодельный датчик создан на основе пироэлектрического элемента. Он улавливает источник теплового излучения в зоне распространения и преобразует информацию в электрический сигнал

Обратите внимание, что устройство:

  • ставят вдали от радиаторов и обогревателей;
  • нельзя использовать в помещении с животными.

Прибор интегрируется в иные системы, например, осветительные или охранные.

Емкостные датчики прикосновения

Рассматривая разнообразные типы сенсоров на основе электрической емкости, нельзя обойти вниманием такое их использования  как датчики прикосновения. Самым наглядным примером подобных приборов служат смартфоны

Реализация датчиков прикосновения может быть достаточно сложной, но она базируется на некоторых простых основополагающих принципах. Работа таких устройств основана:

  • на использовании собственной емкости;
  • на использовании взаимной емкости.

Далее будет рассмотрен принцип работы датчиков прикосновения на основе собственной емкости.

Датчик на основе собственной емкости

Конденсатор существует  не только в виде отдельного объемного элемента с выводами. Емкостью также обладают два обычных проводника, расположенные параллельно. Исходя из этого, можно получить конденсатор, основываясь на электропроводных слоях, разделенных каким-либо диэлектриком. Такой конденсатор может быть получен на основе печатной платы.

Он представлен на рисунке ниже (в двух проекциях — сверху и сбоку). Мы видим обособленный участок (сенсорная кнопка), отделенный от общего слоя меди. А так как остальные участки соединены с землей, то сенсорная площадка может быть представлена как конденсатор между ней и землей.

Емкость такого конденсатора будет мала, порядка 10 пФ. Но для различных устройств ее значение не принципиально. При контроле зачастую важна не емкость, а ее изменение. Именно на это рассчитаны те схемы, которые обрабатывают состояние сенсорной кнопки.

Как изменить состояние кнопки

Самое простое, что можно сделать, — прикоснуться пальцем. Надо сразу отметить, что никакой опасности для человека такое касание не представляет. Обычно все платы покрываются лаком, так что прямого контакта с токопроводящими элементами не произойдет. Тем не менее, изменения состояния конденсатора будут. Это возможно по двум причинам:

  • из-за диэлектрической проницаемости человеческого тела;
  • из-за собственной проводимости

Тело обладает собственной диэлектрической проницаемостью

Вследствие того, что диэлектрическая проницаемость тела отличается от диэлектрической проницаемости воздуха, который служит изолятором в первоначальный момент, то емкость конденсатора изменится. Здесь расчет простой — диэлектрическая проницаемость воздуха 1, а воды — 80 (человеческое тело по большей части состоит из воды). Значит, емкость сенсорной кнопки увеличится.

Для этого изменения даже не надо ее касаться. Как показали исследования ученых, порой достаточно просто поднести палец к контакту.

Тело обладает собственной проводимостью

Это давно установленный факт.

И хотя выше говорилось, что касание не несет опасности для человека, тем не менее, оно вносит свою лепту в изменение состояния сенсорной кнопки. Упрощенно можно считать, что емкость пальца подключена параллельно емкости сенсорной кнопки. Поэтому общая емкость системы, как и в предыдущем случае, увеличится. А значит, оба рассмотренных механизма (изменение диэлектрической проницаемости и собственная проводимость человеческого тела) приводят к увеличению емкости.

Области применения

В помещениях с детекторами слежения энергия экономится на 40%, а расходы уменьшаются на 50 – 60%. Прибор включает кондиционер, когда есть люди, а также координирует освещение и прекращает его в момент отсутствия человека.

Устройства монтируются в виде локальных элементов, оконных координаторов открывания, применяются в системе «умного дома». Дизайнерские модели ставятся в частном секторе, уличные приборы регулируют свет в подъездах, дворах. Датчики присутствия следят за обстановкой на складах, производственных цехах и офисах. Устройства обеспечивают безопасность в отдельных комнатах или во всем строении.

Как сделать своими руками

Простейший датчик делается своими руками. Но не всегда затраты по времени и цене деталей оправданы.

Емкостной

Схема основана на понимании работы излучения. Прибор состоит из:

  • транзисторов;
  • резисторов;
  • пироэлектрического датчика;
  • микросхемы;
  • линзы Френеля.

Волны, которые выделяет объект, попадают на пиротехнический датчик. Он фиксирует их и передает на модуль управления. Тот формирует сигнал, который выдает необходимый функционал.

Тепловой

Самодельный датчик создан на основе пироэлектрического элемента. Он улавливает источник теплового излучения в зоне распространения и преобразует информацию в электрический сигнал

Обратите внимание, что устройство:

  • ставят вдали от радиаторов и обогревателей;
  • нельзя использовать в помещении с животными.

Прибор интегрируется в иные системы, например, осветительные или охранные.

Производители

Theben AG

Немецкая компания существует с 1921 года. Поставляет высококачественные датчики, которые вписываются в интерьер любого помещения. Занимается разработкой инновационных продуктов.

OMRON

Это крупная японская корпорация, извечный мировой производитель электроники. Компании равняются на этого лидера в производстве средств автоматизации.

PD 360/8 Basic

Современный датчик присутствия с полным охватом территории (360 градусов). Он монтируется легко на потолок и стал поистине универсальным.

ESYLUX

Фирма занимается прямыми поставками осветительного оборудования и датчиков. Специализируется на изготовлении универсальных и практичных приборов, которые будут удобны любому россиянину вне зависимости от его финансового состояния.

Как работают датчики

В зависимости от того, о каком типе датчика идет речь, меняются и особенности работы оборудования. Каждая модель имеет свои плюсы и минусы. Чтобы минимизировать недостатки, многие предпочитают использовать комбинированный вариант.

Инфракрасные

В конструкцию такого оборудования входит пироэлектрический блок, а также линза, включающая в себя несколько небольших линз, а также специальные электронные комплектующие. Датчик срабатывает сразу после того, как на фотоэлементе пропадает инфракрасная волна, если источником этой помехи стал человек.

Микроволновые и ультразвуковые

Принцип работы ультразвукового датчика

Такие устройства работают с помощью специального генератора высокочастотных излучений и приемника. В большинстве случаев их можно встретить в качестве отдельного элемента охранной системы. Некоторые предпочитают их использовать и при обустройстве освещения. Датчик постоянно излучает сигналы. Если они возвращаются с другой частотой, он определяет причину помехи и срабатывает, если фиксирует передвижение человека.

Шумовые

Такое оборудование срабатывает после того, как возле него фиксируются какие-то необычные звуки: хлопки, шаги, разговоры. В качестве приемника сигнала используется обыкновенный микрофон, чувствительность которого может регулировать сам пользователь.

Особенности настройки

Настройка датчика

Регулировка датчиков для своевременного включения света осуществляется через специальные потенциометры, характеристики которых меняются на дне корпуса. Зачастую пользователь может самостоятельно выставить время включения, поменять стандартную степень чувствительности, а также регулировать сигнал на включение света. По последнему параметру чаще всего характеристики выставляются так, чтобы устройство срабатывало только с наступлением темноты, так как работа ламп в дневное время суток является бессмысленной.

Чувствительность датчика меняется для того, чтобы устройство работало точно, включая свет всегда в нужное время, не демонстрируя при этом ложных срабатываний. Чем большей будет чувствительность установленного датчика, тем чаще он будет регистрировать движение в своей области действия. Главная задача при настройке добиться такого эффекта, чтобы он реагировал только на людей, исключая включение света при движении каких-нибудь животных, насекомых и т.д.

Настраивая время, можно добиться, чтобы устройство не отключало свет автоматически через 15 секунд после того, как он включится. Зачастую этот показатель меняется на 2-15 минут в зависимости от того, сколько времени в среднем проводит человек в месте установки датчика.

Изготавливаем датчик

Ниже мы рассмотрим схему простого датчика движения, который будет состоять из передатчика, приемника и блока питания для них.

Блок питания

И приёмник и передатчик питаются постоянным стабилизированным напряжением 12-16 В. При этом их суммарное потребление не превышает 50 мА.

Таким образом в качестве блока питания можно использовать любой БП на 12 В, например от старого роутера. Или же можно собрать свой источник по одной из множества схем в интернет. Потребление у нас мизерное, поэтому подойдёт любая.

Передатчик

Передатчик собран на микросхеме NE555. В качестве передающего элемента используется ИК-диод LD274, угол обзора которого составляет 10 градусов, что необходимо учесть при монтаже передатчика.

Приёмник

В качестве чувствительного элемента здесь используется фототранзистор BPW40, а в качестве исполнительного органа – реле BS-115C. Фототранзистор имеет угол обзора 20 градусов, что также следует учесть при монтаже приёмника

Принимая во внимание чувствительность фотоприёмного элемента, расстояние от передатчика до приёмника составит порядка 5 метров, что весьма неплохо

Различия датчика движения и датчика присутствия

Задаваясь вопросом, на чем остановить свой выбор, нужно рассмотреть особенности каждого вида датчиков.

Наличие зоны высокой чувствительности

Датчик присутствия человека имеет зону высокой чувствительности, которая способна распознавать мельчайшие движения. Датчик движения, в свою очередь, как правило не имеет зону высокой чувствительности и поэтому фиксирует более крупные движения.

В отличии от других производителей, датчики движения B.E.G. имеют зону присутствия, которая имеет регулировки чувствительности.

Такие различия нужно учитывать, ведь при отсутствии движения свет может отключаться. Для бодрствующего человека в помещении полная неподвижность – редкое явление. Тем не менее, подобные ситуации случаются при неправильной настройке инфракрасных датчиков.

Используя специальную временную настройку можно задать время задержки на отключение. Отсчет её начинается с момента регистрации последних движений, в зоне действия ИК-датчика. Правильная настройка позволяет избавиться от несвоевременных отключений световых приборов.

Распознавание мельчайших движений

Датчик движения, способен распознавать крупные движения и имеет уличное исполнение. Он способен управлять освещением в зависимости от наличия движения в его зоне и от естественного света.

Более сложным устройством с одной стороны и многофункциональным с другой, является датчик присутствия. При его использовании в помещениях с большим количеством естественного света, возможно не только управлять искусственным освещением по сценарию включения и выключения в зависимости от присутствия и количества естественного света, а так же, регулировать яркость ламп по разным протоколам. Это означает, что свет включится или выключится при наступлении определенного порога освещенности в помещении.

Где используют датчик движения и датчик присутствия

В связи с разными возможностями, датчик движения целесообразно применять для управления освещением в проходных помещениях и помещениях с малым количеством естественного света или без него. А датчики присутствия – в помещениях, где люди находятся постоянно.

Решаемые задачи

Безусловно, все датчики в независимости движения или присутствия, имеют сенсор освещенности, который измеряет текущую освещенность при регистрации движения, различие состоит только в том, что датчики движения измеряют освещенность при обнаружении первого движения, а датчики присутствия каждое движение, поэтому они способны выключать освещение при установке в офисе.

Датчик присутствия в помещении способен выполнять более сложные и комплексные задачи, управлять освещением и дополнительными нагрузками, с разными временными задержками. Например, по основному каналу управлять освещением в кабинете, а с помощью дополнительного канала включить кондиционер. В тоже время при достаточной освещенности, освещение может выключится, а кондиционер будет продолжать свою работу, так как дополнительный канал не имеет привязки к сенсору освещенности.

Практическое применение

Представленные устройства, могут быть установлены как самостоятельные элементы управления или в качестве оконечных устройств в системах управления (например, в комплексных системах автоматизации зданий «умный» дом).

Дизайнерские серии датчиков, чаще всего применяются в помещениях частного сектора, уличные серии датчиков предназначены для управления освещением дворов и подъездов, в складских, офисных и производственных помещениях применяются профессиональные серии датчиков которые, способны решать самые сложные задачи.

Инновационные технологии и технологические разработки в области управления освещением делают жизнь современного человека более комфортной, облегчая многие задачи. Использование систем управления или локальных решений в отдельных помещениях или во всем здании, дает ряд неоспоримых преимуществ, среди которых удобство использования, безопасность и экономичность.

Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропускать полезные материалы о датчиках движения и присутствия.

Устройство и принцип работы емкостных датчиков

Конструкция данных приборов сравнительно проста. Стандартный емкостный датчик — это конденсатор, который имеет плоскую или цилиндрическую форму. Одна из его пластин все время перемещается в пространстве. В ходе такого движения происходит изменение расстояния между пластинами, деформация диэлектрика, смена его положения, проницаемости и проч.

Емкость для плоского конденсатора выражается формулой:


, где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заключенной между обкладками,


и


— площадь поверхности рассматриваемых обкладок и расстояние между ними соответственно.

Емкостные датчики функционируют следующим образом:

  1. Генератор формирует электрополе взаимодействия с объектом.
  2. Демодулятор способствует преобразованию изменения амплитуды высокочастотных колебаний генератора, а также изменению постоянного напряжения.
  3. Триггер позволяет создать нужный уровень фронта сигнала переключения и значение гистерезиса.
  4. Усилитель обеспечивает увеличение выходного сигнала до оптимального уровня.
  5. Светодиодный индикатор отражает положение выключателя и позволяет оперативно настроить устройство.
  6. Компаунд обеспечивает требуемый уровень защиты от воздействия твердых тел и жидкости.
  7. Прочный корпус исключает вероятность повреждения конструкции в результате механических воздействий. Как правило, при его изготовлении используется латунь или полиамид.

Активная поверхность емкостных датчиков образуется металлическими электродами. Последние являются частью цепи обратной связи высокочастотного генератора. Приближаясь к активной поверхности емкостного датчика, объект оказывается под воздействием электрического поля. В этот момент генератор формирует колебания. Их амплитуда увеличивается в зависимости от того, насколько близко находится объект.