С наступлением осени начинает сокращаться световой день.

Людям приходиться раньше включать электрическое освещение, расходовать на него больше электроэнергии.

Сейчас любой домашний мастер может экономить денежные средства за оплату электричества, обеспечив его оптимальное потребление для осветительных приборов, расположенных в помещениях или на открытом воздухе.

Сделать это можно за счет их включения только с наступлением сумерек и отключения при рассвете. Причем работать они могут полностью в автоматическом режиме.

Для этих целей служит датчик света, который используется в фотореле, управляющим работой освещения.

Такую общую конструкцию, заключенную в единый корпус, принято называть сумеречным выключателем.

Для автоматического управления светильниками по величине освещенности рабочего места и фактору «День-ночь» используется специальный светочувствительный датчик. Он меняет свои электрические характеристики в зависимости от интенсивности падающего на него света.

Для корректировки уровня срабатывания имеется регулятор. После него сигнал от чувствительного элемента усиливается до необходимой величины и подается на обмотку реле электромеханической или статической конструкции.

Таким способом, в зависимости от дневного или ночного освещения, датчик света управляет подачей напряжения на обмотку реле. А последнее - подключает или отключает через свой контакт на светильник.

Как работает чувствительный элемент фотодатчика

Для контроля величины светового потока используются различные электронные компоненты, входящие в состав:

• фоторезисторов;
• фотодиодов;
• фототранзисторов;
• фототиристоов;
• фотосимисторов.

Как работает датчик света на фоторезисторе

Полупроводниковый слой, облучаемый электромагнитными волнами оптического спектра, изменяет свое электрическое сопротивление.

К нему прикладывается источник стабилизированного напряжения, под действием которого в замкнутой цепи начинает протекать ток, вычисляемый по закону Ома. Его величина зависит от характера изменения сопротивления полупроводникового слоя датчика света.

При увеличении светового потока электрический ток возрастает, а при уменьшении - снижается. Остается только определить граничные состояния, при которых необходимо включать источник освещения в рабочее состояние или отключать его.

Как работает датчик света на фотодиоде

Светочувствительный элемент этого типа преобразует энергию электромагнитных колебаний видимого спектра в электрический ток.

Его величина тоже зависит от силы облучения, что позволяет устанавливать границы срабатывания фотореле.

Датчики света на фотодиодах могут подключаться для работы в схемах с:

1. питанием от внешнего, дополнительного источника напряжения;
2. или обходиться без его использования.

Как работает датчик света на фототранзисторе

Принципы работы, используемые для двух предыдущих случаев, здесь тоже соблюдаются. Фототранзисторы, работают так же, как и их биполярные или полевые аналоги. На их характеристики влияет интенсивность облучения световым потоком.

Определив эту закономерность, выставляют границы рабочих уставок для конечной схемы фотореле. Таким же образом создаются датчики света на фототиристорах и фотосимисторах.

Как работает электрическая схема датчика света на фотореле

В качестве примера рассмотрим самое простейшее устройство со светочувствительным элементом на основе фоторезистора PR1, обладающего сопротивлением в несколько мегаом при полной темноте.

Под действием потока света оно снизится до нескольких килоом. Этой величины достаточно для открытия первого транзистора VT1, когда через него станет протекать коллекторный ток, открывающий второй каскад на транзисторе VT2.

В это плечо включена обмотка обыкновенного электромагнитного реле К1. Она перекинет собственный якорь во второе положение и переключит свой контакт К1.1, который управляет работой светильника.

При отключении реле от схемы его обмотка формирует ЭДС самоиндукции. Для его ограничения установлен диод VD1. Подстрочный резистор R1 используется в качестве регулятора уставки срабатывания датчика света. В некоторых случаях от него вообще можно отказаться.

За счет использования двух последовательно работающих транзисторов чувствительность такой схемы достигается очень большой величины, когда слабый сигнал света, падающий на поверхность фоторезистора, осуществляет переключение выходного реле и управление светильником в автоматическом режиме.

Такая схема является довольно универсальной. Она позволяет применять различные марки транзисторов, электромагнитных реле и устанавливать для них различное напряжение. Чем его величина будет больше, тем высшей чувствительностью обладает датчик света.

Заводские модули фотореле для сумеречных выключателей имеют более сложную структуру схемы, более мощный выходной контакт, но в основе своей работы они повторяют эти же принципы.

В самодельных конструкциях для автоматического управления светом хорошо зарекомендовала себя схема, описанная в статье . Ее несложно повторить своими руками тем, кто умеет и любит работать с .

Как подключить датчик света с фотореле к светильнику и выполнить монтаж

Использование цветовой разметки проводов

Электрическая схема подключения сумеречного выключателя собирается на основе распределительной коробки, в которую приходят кабелем три провода от электрощитка:

1. фазы;
2. нуля;
3. заземляющего проводника.

На самом фотореле выполнен вывод тоже трех проводов. Обычно они имеют расцветку:

• коричневый, подключаемый на фазу питания сети;
• красный, подающий через встроенный контакт фазный потенциал на светильник при его включении с наступлением сумерек;
• синий, соединяемый с рабочим нулем схемы.

На фотографии сумеречного выключателя показаны эти провода и регулятор освещенности. При вращении его рукоятки устанавливается порог срабатывания датчика света.

Особенности монтажа

Обычная длина проводов, выступающих из корпуса фотореле, не превышает двадцати сантиметров. Поэтому его приято монтировать в непосредственной близости около распределительной коробки, а сам светильник:

1. выносят на некоторое расстояние;
2. или размещают рядом, как показано на фотографии.

При втором способе монтажа схемы необходимо учитывать, чтобы свет от включенной лампы источника не попадал на поле обзора датчика света. Иначе будет происходить ложное срабатывание. Для его исключения дополнительно применяют таймер и датчики движения.

Их контакты включают в последовательную цепочку между красным проводом, выходящим из фотореле и цоколем лампы светильника. Работа датчика движения и таймера подчиняется запрограммированным алгоритмам логической схемы сумеречного выключателя.

Подключение нескольких светильников к одному фотореле

Выходные контакты конечного датчика света обладают определенной коммутационной способностью. Их величина указывается в технической документации и на корпусе сумеречного выключателя в амперах. При необходимости управлять светом от нескольких источников необходимо внимательно посчитать нагрузку, создаваемую ими всеми в комплексе.

Если мощность контактов позволяет, то светильники подключает параллельной цепочкой, как показано на фотографии ниже.

Иногда может возникнуть ситуация, когда нагрузка схемы превышает допустимую мощность контактов сумеречного выключателя.

В этом случае допустимо использовать то же самое фотореле, но к его контактам подключить промежуточный элемент - обмотку магнитного пускателя, обладающей меньшей нагрузкой.

Мощные контакты этого коммутационного аппарата будут надежно переключать цепочку из многих светильников или один мощный прожектор, как показано на схеме ниже.

Подбирать магнитный пускатель придется по типу катушки управления и мощности контактной группы.

Важные технические характеристики датчика света

Фотореле выбирают по:

• чувствительности фотодатчика;
• типу и величине напряжения питания;
• мощности коммутируемых контактов;
• рабочей среде сумеречного выключателя.

Чувствительность фотодатчика

Под этим термином понимают отношение вырабатываемого внутри фотоэлемента тока в микроамперах к величине падающего на него потока света в люменах. Для более точного анализа приборов чувствительность классифицируют по:

1. частоте, связанной с определенным видом колебаний - спектральный метод;
2. диапазону падающих световых волн - интегральная чувствительность.

Напряжение питания сумеречного выключателя

На форму и величину сигнала обращают особое внимание при работе с моделями датчиков света, выпущенных за рубежом, где стандарты электроснабжения могут отличаться от тех, которые используются у нас.

Рабочая среда

Для управления светом уличных светильников создаются сумеречные выключатели с фотореле герметичной конструкции, способной противостоять действию атмосферных осадков и пыли. Их отличает повышенный .

Они же обладают увеличенным диапазоном рабочих температур. Когда наступает низкая морозная погода, то может возникнуть необходимость обогрева их контактов или временного отключения.

Для работы сумеречного выключателя внутри обогреваемых помещений этого делать не требуется.

Изложенный в статье материал позволяет лучше понять видеоролик владельца Инженерные сети «Подключение фотореле».

Описан пример схемотехнического решения реализации датчика освещения, с использования операционного усилителя. Полезность данной схемы в её простоте и наглядности. Хороший показательный пример, для начинающих радиолюбителей, электронщиков, проектировщиков схем, и просто любителям оригинальных идей по использованию операционного усилителя.

Для чего нужны датчики света:

Для начала следует выяснить, что такое датчик освещённости, (датчики света для уличного освещения) и для чего его применяют. В качестве самого датчика света, может выступать ряд фоточувствительных радиоэлектронных элементов типа фоторезистор, фототранзистор, фотодиод и.т.д. Светочувствительные элементы нашли своё применение во многих отраслях, но самое распространённое их применение прослеживается в схемах связанных с автоматическим управлением наружного освещения. Так называемые светоконтролирующие автоматические выключатели (сумеречный выключатель).

Рисунок №1 – Пример работы светоконтролирующего выключателя

Пример схемы простого датчика освещённости, на операционном усилителе:

Рисунок №2 – Простой датчик света, схема

Следует понимать, что в качестве самого датчика сета вы используете любой подходящий по своим параметрам фотоэлемент, схема приведена как пример с использованием фотодиода. Принцип работы схемы очень простой, фото диод выступает как источник тока. Когда на фотодиод падает свет он продуцирует в нём определённый ток (в зависимости от интенсивности излучения), сигнал усиливается при помощи любой известной и подходящей вам схемы усилителя (в данном случае приведён пример схемы с использованием операционного усилителя, коэффициент усиления задаётся подбором резистора стоящего в обратной связи). Напряжение на выходе пропорциональна падающему свету. Таким образом, получившийся на выходе схемы сигнал уже может управлять, к примеру, электронным реле или транзистором в ключевом режиме. Не следует брать эту схему за эталон, я просто привёл её для примера построения схемы устройства датчика освёщённости, подобного рода решение довольно простое, понятное и распространённое.

При вождении автомобиля в темное время суток возникает необходимость хорошего освещения дороги на достаточно длинную дистанцию. Но если по встречной полосе едет автомобиль с включенными фарами, то он ослепляет водителя встречного направления.

Этот эффект ослепления является одной из главных проблем езды в темное время. Для того чтобы избежать ослепления лампочки фар имеют две нити накала, причем вторая расположена так, чтобы свет распространялся вниз и в сторону от уровня глаз водителя встречного автомобиля. На практике, обычно водитель вручную переключает дальний и ближний свет механическим переключателем. Однако это очень неудобно для водителя, особенно в часы пик.

Наш проект “Адаптивная система освещения для автомобилей”(АСО) это умное решение для безопасного и удобного ночного вождения без интенсивного ослепляющего эффекта.

Адаптивная система не требует ручного переключения “ближний/дальний” при приближении встречного автомобиля. Система сама определяет есть ли свет от встречного автомобиля и переключает на ближний свет, а затем, после прохождения мимо, снова на дальний. Пользователь может настроить чувствительность системы.

Отличительные особенности системы

• Питание от 12 В аккумуляторной батареи автомобиля, с пренебрежительно малым потреблением в ждущем режиме.
• Надежный и защищенный от атмосферных явлений модуль оптического датчика (фотоэлемент CDS).
• Независимый регулируемый контроль, для установки параметра“чувствительность определения света”, чтобы избежать ложных срабатываний, вызванных влиянием других источников света, таких как уличные фонари.
• Дополнительный селекторный выключатель для “ режима автоматической сигнализации”(ASM). В этом режиме фары переходят в пульсирующий режим, т.е. ритмично переключают ближний свет на дальний и наоборот (аналогично тому как водители сигналят светом друг другу).
• “Режим энергосбережения”- Если схема находится в активном режиме, по умолчанию, фары автоматически выключаются при въезде на хорошо освещенную территорию.

Эффект Трокслера

Исследования д-ра Алана Льюиса, который работает в колледже оптометрии при государственном университете в Биг Рапидс, штат Мичиган, обнаружил, что во время ночного вождения, свет от фар транспортных средств, может стать причиной ослепления.

Даже после окончания воздействия яркого света на сетчатке глаза остается его изображение, что создает слепое пятно. Это явление, известное как эффекта Трокслера, увеличивает время реакции водителя до 1,4 секунды.

Это означает, что, при скорости 60 миль в час (примерно 96.5км/час), водитель проедет 123 фута (37.5 м), прежде чем среагирует на опасность. В обычной ситуации время реакции на изменения в условиях вождения равно 0,5 сек, а расстояние, пройденное до торможения, составляет 41 фут (12.5 м), при той же скорости движения!

Функциональная блок-схема

Схема электрических соединений до переделки

Схема электрических соединений при подключении АСО

Принципиальная электрическая схема

Перечень компонентов

• Микросхема: NE555 – 1
• 8-ми контактная панелька для МС – 1
• Транзистор: BC547 – 1
• Диод: 1N4007 – 2
• Резисторы: 100кОм подстроечный – 1; 47кОм 0.25 Вт – 1; 22кОм 0.25 Вт – 1; 10кОм 0.25Вт– 1; 1кОм 0.25 Вт – 2
• Конденсаторы: 10мкФ/25В – 1; 100мкФ/25В – 1
• Светодиоды: 5мм красный и зеленый – 2
• LDR: фотоэлемент 20мм капсульного типа – 1
• Реле: 12В постоянного тока – 1
• Выключатель: переключатель со средней точкой (SPST)– 2

Работа схемы

Схема построена на популярной микросхеме NE555 (IC1). Здесь IC1 включена по схеме автоколебательного мультивибратора запускаемого по триггерному входу (вывод2). Мультивибратор работает на частоте примерно 1.5 Гц (рабочий цикл 75%), которая определяется величиной компонентов R1,R 3и C1. Схема питается от 12В аккумулятора автомобиля.

• В положении ВКЛ. переключателя S1 напряжение 12В поступает на схему через диод защиты от переполюсовки 1N4007 (D1). Конденсатор C3 (100мкФ/25В) буферный, для повышения стабильности схемы. При отсутствии света, датчик освещенности, состоящий из фотоэлемента (LDR), подстроечного резистора (Р1) и транзистора (Т1) запрещает работу мультивибратора (вывод 4 “сброс”). При этом на выходе IC1 (вывод3) “низкий” уровень сигнала и 12В реле (RL1) не срабатывает. Это состояние идицируется первым светодиодом (LED1). Поскольку нить накала дальнего света фар подключена к “+” через нормально замкнутые контакты реле, то в этом режиме они включены на дальний свет.

• Когда на датчик освещенности попадает яркий свет, мультивибратор запускается и “высокий” уровень сигнала втягивает реле. Контакты реле переключают фары на ближний свет, до тех пор пока не изменится состояние датчика освещенности. Это состояние идицируется вторым светодиодом (LED2). Переключателем S2 задается режим автоматической сигнализации (ASM). В положении ВКЛ выводы 2 и 6 IC1 соединяются с “землей” и, следовательно, автоколебательный режим мультивибратора отключен. При S2 в положении ВЫКЛ функция ASM включается и начинается быстрое переключение ближний/дальний, пока на датчик освещенности попадает яркий свет от встречного автомобиля.

Примечание

• Контакты реле RL1 можно соединить параллельно штатным контактам селекторного переключателя ближний/дальний. Также возможна подача +12В на нити накала ближнего и дальнего света через контакты реле.
• Рекомендуется использовать один 20мм датчик, закрепленный в соответствующей позиции в передней части автомобиля.

Автоматические помощники в электронной начинке автомобиля сегодня охватывают практически все функции его управления. Это в большей мере относится к системам обеспечения безопасности, но с появлением сенсорных чувствительных элементов охват интеллектуальных ассистентов значительно расширился. Так, все популярнее становится датчик света в автомобиле. Что это за устройство? Это своего рода детектор, который фиксирует пороговые значения освещения, при которых оптика может автоматически включаться или отключаться. В более развитых системах датчик также способен отслеживать условия освещенности в промежуточных состояниях, точнее настраивая автомобильное оборудование.

Что представляет собой датчик света?

Устройство датчика можно разделить на две части - это типовая электротехническая инфраструктура, благодаря которой устройство подключается к реле управления оптикой, и чувствительный компонент. Подключение к реле дает возможность датчику оперативно взаимодействовать с автомобильными огнями, своевременно активизируя их функцию. Главный же элемент прибора - это непосредственно детектор в виде фотоэлемента, реагирующего на параметры освещения. Наиболее распространен автономный датчик света в машине. Как работает эта модификация? Ее особенность заключается в независимости от основной электросети. То есть сигнал на реле поступает даже в случае сбоев на магистральной проводке. Разумеется, о гарантии работоспособности данной схемы можно говорить только при условии стабильного функционирования самой оптики и управляющего контроллера.

Принцип работы устройства

В процессе движения автомобиля датчик постоянно контролирует вверенную ему зону, оценивая параметры освещенности. Обычно это элементарная яркость света, на которую и реагируют фотоэлементы. При достижении предельных значений датчик посылает сигнал на вышеупомянутое реле. В свою очередь, контроллер дает команду оптике включиться или, наоборот, отключиться. Важно подчеркнуть, что система действует не только на включение. Такие системы относятся к средствам активной безопасности, поэтому активизация света в темном переулке, к примеру, является ключевой задачей устройства. Но также при фиксации пороговых значений яркости прибор отключает оптику. Стоит отметить и особенности обработки сигнала, который посылает датчик света в автомобиле. Как работает в этой схеме управляющий блок? Изначально микросхема программируется на работу по нескольким каналам, связанным с определенной оптикой - огнями, фарами, «противотуманками» и т. д. Также и датчики отвечают за конкретные зоны, условно связанные с этими каналами. Таким образом, в каждом случае задействуется та или иная группа оптических приборов машины.

Зоны охвата

Базовое разделение предполагает обработку сигналов от двух зон охвата. В первую очередь, это глобальная зона. Она относится к пространству непосредственно у автомобиля. Вторая зона - передняя. Она распространяется на участок дороги перед машиной. Современные модели датчиков способны различать эти зоны, посылая на реле соответствующие сигналы. Казалось бы, если в текущих условиях наблюдается пониженный уровень освещения, то активизироваться должны оптические устройства, соответствующие условиям движения. Но разница как раз заключается в особенностях работы ближних и дальних фар, за которые отвечает датчик света в автомобиле. Что это разделение значит на практике? В условиях отсутствия видимости активизироваться должны дальние фары, а днем - ходовые огни с ближним светом. Однако пограничные состояния между этими условиями освещенности не всегда доступны для фиксации электроникой. Поэтому желательно, чтобы в датчике предусматривалась и возможность отслеживания промежуточных характеристик освещенности.

Настройки датчика

Отчасти задачу разделения пограничных показаний освещенности можно решить с помощью базовых настроек. Как правило, предусматривается два режима эксплуатации устройства:

• В сумерках. Свет активизируется при наступлении сумерек, когда ночь еще не наступила, но уже наглядно темнеет.
• Ночью. Датчик включает фары при наступлении полной темноты.

В некоторых конфигурациях предусматривается и конкретное назначение фар, которые при тех или иных условиях включает датчик света в автомобиле. Что это такое с точки зрения обработки сигнала электроникой? Это программные параметры, которые логически обрабатываются в тех или иных условиях. Например, в первом режиме все еще будет работать ближний свет, а во втором - происходит активизация дальних фар.

Специальные версии датчика

Существуют модели датчиков, которые также отвечают за регуляцию света в салоне. В частности, они не просто включают, но и управляют параметрами яркости приборной панели. Собственно, вторая функция и является первостепенной, так как во время движения панель в любом случае работает. Но в таких системах при сильной нагрузке сигналами на реле возможны проблемы. Так, по словам пользователей, датчик света в автомобиле «Киа Рио» грешит некорректным управлением подсветкой той же приборной панели. Например, ночью система вполне оправдано активизирует работу дальнего света, но в салоне подсветка может включаться с максимальной яркостью, что доставляет водителю дискомфорт. Чаще всего подобные проблемы возникают из-за нарушений соединения проводки или ее повреждения - падает сопротивление, в результате чего и сигналы поступают неточные.

Монтаж своими руками

В первую очередь определяются места установки. Их может быть два - или за зеркалом заднего вида в зоне лобового стекла, или же на передней панели - тоже возле лобового стекла. В обоих случаях важно организовать свободное не прикрытое пространство, в котором будет работать датчик света в автомобиле. Своими руками выполнить монтаж несложно - в работе участвуют комплектные крепежные приспособления. В некоторых случаях достаточно выполнить клеевое крепление, а в других - реализовать механическую фиксацию метизами.

Отдельного внимания заслуживает проводка. Кабель желательно как можно короче делать на видимом месте и по возможности сразу от датчика заводить за приборную панель. Селектор станет конечным пунктом, к которому напрямую подсоединяется датчик света в автомобиле. Что это такое в схеме соединения детектора с реле управления? Селектор - это переходное звено, которое выполняет своего рода предобработку сигнала. Он может корректировать его параметры, определять те же каналы групп оптики и устранять помехи.

Заключение

Присутствие автоматического регулятора света вовсе не стоит воспринимать как гарантию безопасности - хоть и в одном аспекте управления. Есть и опасности, которые может нести собой датчик света в автомобиле. Что это значит для автомобилиста? Электроника в виде автоматических ассистентов дает ощущение стороннего контроля, но это впечатление обманчиво. Действительно, в большинстве случаев такие датчики оказываются полезными, но есть также и риск выхода электроники из строя. И тогда несвоевременное включение фар может обернуться трагедией. Стоит ли из-за этого риска отказываться от датчика света? Пожалуй, нет, но полагаться только на его функцию в управлении оптикой уж точно не следует.

Применение домашних автоматизированных систем позволяет значительно сэкономить электроэнергию. Например, установив датчик на уличном освещении на подходе к дому, в подъезде, коридоре, кладовой вы избавите себя от необходимости в темноте нащупывать выключатель и никогда не забудете его выключить. В этой статье мы расскажем об особенностях датчиков и о том, как сделать датчик движения своими руками.

Кратко о датчиках

Датчик движения коммутирует нагрузку при наличии внешнего воздействия, которое зависит от типа датчика и его принципа работы. Когда детектируется присутствие или движения тела питание через симистор или электромагнитное реле поступает на нагрузку. В качестве нагрузки может выступать что угодно: лампочка, обогреватель, громкоговоритель, лишь бы мощность нагрузки не превышала максимальную коммутируемую мощность датчика. Обычно максимальная мощность нагрузки около 1 кВт.

Если вам нужно включить большую мощность – необходимо добавить еще одно реле в цепь, так чтобы силовые клеммы датчика движения включали напряжение на катушку реле.

Принцип работы устройства

Принцип работы датчика зависит от типа схемы подключения и применяемого элемента. Хоть их задача одна, но способы реализации различные Датчики движения можно разделить на группы по принципу их действия. Рассмотрим достоинства и недостатки каждой из них.

Контактный или магнитный

Простейший вариант – использовать механический концевой выключатель, с его помощью вы можете включать свет, когда открыта или закрыта дверь, например. Это не совсем датчик, но все же, самый простой способ реализации автоматического включения приборов.

Следующий вариант – геркон (герметичный контакт) суть его такова: в стеклянной колбочке расположена пара контактов, которая может замыкаться или размыкаться под действием магнитного поля. При этом на двери устанавливается постоянный магнит, а на дверном проеме (наличнике) расположен геркон. Его контакты зачастую не способны пропускать больших токов, поэтому с их помощью может включаться обмотка реле, чтобы увеличить коммутационную способность.

Схема датчика движения

ИК-датчик

Инфракрасные датчики движения реагируют на инфракрасные излучения, это излучения длиной волны 1± мм или частотой 300-400 ГГц. В качестве основного чувствительного элемента используется ПИР(PIR)-датчик. Он фиксирует изменения количества излучения на него.

ИК-излучение – это тепловое излучение.

Значит, что в ИК-диапазоне человек выглядит, как большой источник излучения. При этом температура самого датчика не вносит значительных изменений в его работу. Информация из внешнего мира должна попадать на датчик, для этого излучения собираются группой линз, типа линзы Френеля. Внешне это выглядит как окошко в корпусе с ребристым стеклом.

В зависимости от конструкции угол обзора ИК-датчиков движения может доходить до 360 градусов, в таком случае, внутри обычно установлено несколько пироэлектрических элементов (ПИР), а линзы фокусируют на них из соответствующих зон видимости. Такие широкоугольные датчики нужны для фиксирования движения со всех сторон, чтобы не ставить несколько узконаправленных устанавливается один на 360 градусов на потолке.

ИК датчики реагируют на тепло

Достоинства :

• цена;
• простота;
• распространенность;
• хорошо работает в помещении;
• хорошие регулировки;
• Не раздражает животных.

Недостатки :

• недостоверность;
• проблемы при работе на улице.

Так как реагирует на тепло – имеет много «вредных» для точной работы факторов. Ложные срабатывания происходят на любой порыв теплого ветра или включившийся обогреватель, при этом температура фона должна отличаться (в меньшую сторону) чем температура человека. Поэтому он вряд ли сработает на кухни, когда вы окажетесь напротив раскаленной плиты, но нужен ли он там?

Лазерный или фотодатчик

Лазерный датчик представляет собой пару элементов, излучатель и приемник, при этом излучатель может быть в ИК спектре, чтобы быть незамеченным человеческим глазом. Такие сенсоры используются в сигнализации, когда вы пересекаете луч лазера, на фотоприемник (фоторезистор или фотодиод) он не попадает и схема выдает сигнал о присутствии в помещении. Как использовать этот сигнал зависит от дальнейших подключений, можно зажигать свет через реле времени или сирену или сигнал на блок управления системой охраны и безопасности.

Другой вид фотодатчиков выглядит следующим образом: светодиодный излучатель и приемник установлены не напротив друг друга, а рядом, в одной плоскости, излучение отражается и попадает на оптический приемник, когда вы заходите в поле зрения сенсора – датчик движения срабатывает. Другое название – датчик препятствия.

Достоинства:

• Простота.

Недостатки:

• Узкое поле зрения.
• Специфичность применения.

Специфика действия фотодатчика движения

Микроволновый

Микроволновый датчик движения – работает по принципу радиоприемника-передатчика. В схеме генерируются высокочастотные колебания и здесь же принимаются, приемная часть настроена таким образом: когда рядом никого нет реле выключено. Когда вы попадаете в рабочую зону приемника – частота колебаний изменяется, в результате чего с детекторного диода подается сигнал о том, что нужно включить силовой элемент и подать напряжение в нагрузку.

Недостатки:

• Высокочастотное излучение вредит здоровью (хотя вы носите в кармане смартфон, там еще больше излучений).
• Относительно высокая стоимость.
• Возможны ложные срабатывания при воздействиях за пределами наблюдаемой зоны.

Достоинства:

• чувствительность позволяет обнаружить объект за дверью или стеклом, например;
• детектирует даже малейшие движения.

Так работает микроволновый датчик движения

Ультразвуковой

По принципу «излучатель-приемник» построен еще один тип – ультразвуковой датчик движения. Частота ультразвуковой волны лежит в диапазоне выше 20 кГц, но ниже 60 кГц. Принцип обнаружения базируется на допплеровском эффекте. Длина отраженной волны изменяется, приемник фиксирует это изменение и дает сигнал о присутствии и движении нового объекта.

Недостатки :

• На него могут реагировать животные. На ультразвуковых излучателях работают отпугиватели собак.
• Если медленно передвигаться – ультразвуковой ДД может не сработать.

Достоинства :

• приемлемая стоимость;
• нечувствительны к изменениям условий окружающей среды.

Схемы для самодельных датчиков движения

Предлагаем рассмотреть несколько схем, пригодных для повторения и изучения принципов работы датчиков. Кроме того, микроволновый поможет освоить еще и основы радиопередающей техники и детектирования сигналов, а схемы с применением микроконтроллеров позволят сделать модульный вариант с готовых решений для Ардуино.

Схема детектора присуствия

Емкостной

Примем за нормальное состояние – когда рядом с сенсором никого нет, а за срабатывание – когда вы рядом.

Транзистор VT1 – это узел генератора на полевом ключе, настроенном на 100 кГц. В резонанс с ним настроен колебательный контур L2C2. Электрически связан с генератором через R2. VD1 (детекторный диод). Частоты указаны при отсутствии внешних воздействий, т. е. вы не касаетесь схемы, и удалены от нее. Деталь DA1 – компаратор, нужен для сравнения сигнала с диода и опорного напряжения заданного через R3. В нормальном состоянии выход должен стремиться к нулю. При этом сигнал на неинвертирующем входе компаратора «–» равен 5 В, а на выходе – 0 В.

Когда вы подходите к сенсору, емкость увеличится, частота генератора уменьшится, вы влияете именно на частоту генератора, а L2C2 частота задана колебательным контуром параллельно соединенной емкости и индуктивности.

Резонанс между генератором и этим контуром исчезает, и напряжение на неинвертирующем входе падает. Так как напряжение на инвертирующем растет, то выход начинает подтягиваться к напряжению питания и остановится на уровне 8 вольт (примерно), их можно использовать для управления реле, через транзистор для усиления выходного тока, тиристорами и прочими приборами, от которых вы уже запитаете нагрузку.

Обе катушки намотаны на ферритовых кольцах 2000 НМ, 20 мм внешним диаметром по 100 витков провода ПЭВ-2 0.2 мм, виток к витку. В свою очередь, L1 имеет отвод от 20 витка, а L2 от 50 витка (от середины). Мотайте так, чтобы расстояние между началом и концом было не меньше чем 0.3 мм.

Датчик – 2 куска провода 1 мм диаметром и длиной 1–1.5 м располагаются на расстоянии 20 см друг от друга.

Настройка: вольтметром меряем напряжение C5, вращая подстроечный C4, добиваемся максимального напряжения (2.5–5 В), если напряжение ниже, добавляем параллельно С3 постоянный конденсатор 15 пФ, если все равно не хватает напряжения – уменьшаем R1, но не менее 500 кОм. Следующий шаг – по схеме R3 выкрутить в нижнее положение, а R2 в среднее. Светодиод, подключенный к выходу ОУ через резистор, светится. Вращая R3 сделать так, чтобы он погас. Проводите настройку непосредственно там, где он и будет установлен. Если провести настройку на рабочем столе, а потом разместить датчик, где вы планировали – скорее всего, придется настраивать заново.

Тепловой датчик на Arduino

Для сборки проекта ПИР датчика движения на Ардуино нужно:

• PIR-датчик HC-SR501.
• Arduino UNO (или любая другая подобная).
• Блок питания 4–6 V.

Подключение элементов датчика

HC-SR501 – содержит в себе 1 пироэлектрический элемент, он накрыт линзой, и необходимую обвязку на печатной плате. С одной из сторон платы выведены подстроечные резисторы для регулировки чувствительности и времени задержки. Выходной сигнал имеет амплитуду в 3.3 вольта, а напряжение питания 5–12 вольт. Максимальная дистанция, на которой датчик сработает – 7 м, и задержка времени после срабатывания – до 5 минут.

Схема подключения датчика

Схема соединения для управления светом через реле.

Управление светом

Наглядная схема соединений на беспаечной макетной плате (breadboard)