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Interruttori automatici di illuminazione con sensori a infrarossi e acustici
La moderna base elementare dell'elettronica consente di creare dispositivi semplici nei circuiti, ma con una gamma abbastanza ampia di funzioni. In precedenza, tali dispositivi erano disponibili solo per l'uso in sistemi professionali complessi e costosi, e ora il loro utilizzo rende la nostra vita quotidiana più comoda e più facile.
Questo articolo parlerà degli apparecchi che utilizzano sensori a infrarossi. Una volta tali sensori venivano utilizzati principalmente nei sistemi di sicurezza, e ora nessuno è sorpreso dalle porte che si aprono davanti a ogni persona in arrivo o dall'inclusione automatica dell'illuminazione nell'ingresso. E tutto questo sensori a infrarossi! Spesso sono chiamati sensori piroelettrici.
Sensore piroelettrico. Dispositivo e principio di funzionamento
I sensori piroelettrici sono in linea di principio passivi. Ciò significa che non generano alcun segnale elettromagnetico, ma semplicemente lo sono ricevitore a infrarossiPertanto, per l'uomo è assolutamente innocuo.
Ogni articolo è sorgente a infrarossie anche il corpo umano in questo senso non fa eccezione. I sensori piroelettrici sono progettati in modo tale da non rispondere alla radiazione infrarossa stessa, al suo valore assoluto, ma piuttosto al suo cambiamento. Pertanto, anche un leggero movimento di un oggetto, ad esempio, una persona verrà rilevata da un tale sensore.
Ad esempio, si consideri il sensore piroelettrico IRA-E710 di Murata. Il suo dispositivo è mostrato nella Figura 1.
Figura 1. Dispositivo sensore piroelettrico IRA-E710
La base del sensore piroelettrico è una fotocellula sensibile a infrarossi che produce un segnale elettrico proporzionale alla quantità di radiazione. Per abbinare la fotocellula al circuito e all'amplificazione del segnale iniziale, viene utilizzato un transistor ad effetto di campo.
Se il sensore è costruito su una sola fotocellula, si innescherà non solo dagli oggetti in movimento, ma anche semplicemente dalla temperatura esterna, dalla luce solare, dai radiatori e dalle variazioni di temperatura del sensore stesso, o meglio dal suo corpo.
In altre parole, l'immunità al rumore di un tale sensore è troppo bassa. Per aumentarlo, i sensori piroelettrici sono realizzati sulla base di due fotocellule incluse nella direzione opposta, come mostrato nella figura, che consente di compensare i fattori appena menzionati.
Un tale sensore risponde solo ai cambiamenti nella grandezza della radiazione, che consente di utilizzarlo come rilevatore di movimento. Un'affidabilità ancora maggiore nel funzionamento del sensore è fornita da un filtro luminoso regolato su una lunghezza d'onda di 5-14 micron. Tale radiazione è la più caratteristica del corpo umano.
Tuttavia, non si deve pensare che il sensore rilevi solo il movimento di oggetti riscaldati. C'è sempre un certo sfondo a infrarossi nella stanza, quindi lo spostamento di qualsiasi oggetto, anche con la temperatura ambiente, provoca un cambiamento dello sfondo generale e il sensore si innesca.
Gli svantaggi del sensore descritto possono essere attribuiti al fatto che è sensibile solo ai movimenti attraverso, cioè da una fotocellula all'altra. Quando ci si sposta lungo le superfici di entrambe le fotocellule, il segnale non verrà generato. Pertanto, quando si installano tali sensori, dovrebbero essere orientati di conseguenza, come sarà discusso in precedenza.
Al fine di sbarazzarsi di un effetto così dannoso per i casi particolarmente critici, vengono sviluppati e applicati. sensori basati su quattro fotocellule. È vero, i sensori di questo tipo sono più complessi e costosi, il che complica anche lo schema della loro connessione e controllo.
I sensori sono disponibili per il montaggio convenzionale e a montaggio superficiale (SMD). Il loro aspetto è mostrato nella Figura 2.
Figura 2. Sensori IRA-E710. aspetto
L'uso di sensori di movimento
inizialmente sensori di movimento destinato a creare sistemi antifurto. Con lo sviluppo della base degli elementi, i sensori piroelettrici sono diventati molto più economici e convenienti, il che ha permesso loro di essere utilizzati per scopi domestici.
È soprattutto inclusione automatica dell'illuminazione, apertura della porta e gestione dei sistemi di videosorveglianza. Tale automazione consente di risparmiare una quantità significativa di elettricità o calore nella stanza. Se utilizzato nei sistemi di videosorveglianza, lo spazio viene risparmiato sui dischi rigidi del computer che controlla il funzionamento del sistema video.
L'algoritmo dell'interruttore automatico della luce
Quando la luce si accende automaticamente, ad esempio nell'ingresso, quando una persona appare nel campo visivo del dispositivo, l'illuminazione dovrebbe accendersi e, dopo qualche tempo, spegnersi. Mentre una persona si trova nel campo visivo del dispositivo, l'illuminazione non dovrebbe spegnersi, la velocità dell'otturatore aumenta. Alla luce del giorno, l'inclusione automatica della luce non dovrebbe verificarsi.
I faretti con un sensore di movimento progettato per l'installazione all'esterno funzionano anche con precisione: illuminazione dei cancelli e del cortile vicino alla casa, scale all'ingresso del negozio e in altri casi. Tali faretti sono disponibili in combinazione con un sensore di movimento oppure il sensore di movimento può essere separato.
Uno di circuiti di controllo automatico dell'illuminazione mostrato in figura 3.
Figura 3. Schema di controllo dell'illuminazione da un sensore di movimento (fare clic sull'immagine per visualizzare lo schema in un formato più grande)
Descrizione del circuito
Come un ricevitore di radiazione infrarossa nel circuito utilizzato sensore piroelettrico PIR1. Di fronte alle sue fotocellule, è installato un reticolo di modulazione di strette strisce opache e trasparenti, che si trova in posizione orizzontale. Pertanto, si scopre che per un fotorilevatore, un oggetto che si muove attraverso le bande del reticolo di modulazione è aperto o chiuso, il che provoca la comparsa di una tensione alternata all'uscita del sensore.
Quanto sopra è illustrato nella Figura 4, che mostra la posizione corretta del sensore. La dimensione dell'oggetto rilevato dal dispositivo è determinata dalla larghezza di banda della griglia di modulazione. Modificando la larghezza di banda, è possibile regolare la sensibilità del dispositivo nel suo insieme. La larghezza dell'intervallo del dispositivo può essere regolata modificando la dimensione del reticolo di modulazione della finestra.
Figura 4. Schema di installazione del sensore di movimento
La potenza dell'amplificatore interno del sensore PIR1 viene fornita alla sua uscita 1 attraverso il filtro R1C1. Il segnale di uscita del sensore viene rimosso dal pin 2 e inviato all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale 1 del chip LM124 di tipo DA1. Questo chip è composto da quattro amplificatori operazionali (amplificatori operazionali) indipendenti l'uno dall'altro. L'unica cosa che li unisce sono le conclusioni del potere comune e il caso.
Un amplificatore con un guadagno di circa 150 è assemblato su OS1, a cui il sensore PIR1 è direttamente collegato. Se non vi è alcun movimento nell'area di copertura del sensore, all'uscita di ОУ1 c'è un livello di tensione costante, circa la metà della tensione della fonte di alimentazione.
Quando viene rilevato un oggetto in movimento nel campo visivo del sensore sul terminale 2, appare una tensione alternata, che viene amplificata da OS1. All'uscita di OS1, appare un componente variabile, che viene alimentato attraverso un condensatore C2 al successivo stadio di amplificazione eseguito su OS2 con un guadagno di circa 100.
Dopo queste fasi, arriva il segnale amplificato al livello richiesto all'ingresso del comparatore su OU3 - pin 10 del chip DA1. Il livello di risposta del comparatore è determinato dal valore dei resistori R8, R11, R20. Nello stato iniziale, la tensione di uscita del comparatore è bassa.
Se all'uscita di ОУ2 - uscita 14 - appaiono impulsi rettangolari che superano il livello di funzionamento specificato, all'uscita del comparatore ОУ3 - uscita 8 - appare un livello di alta tensione, più precisamente, anche impulsi che caricano il condensatore C7. Il diodo VD5 impedisce lo scarico di questo condensatore attraverso l'uscita del comparatore quando è basso. Pertanto, il condensatore può essere scaricato solo attraverso il circuito seriale R14 e R22. Utilizzando un resistore variabile R22, il tempo di scarica può essere impostato entro 5 secondi ... 5min.
La tensione accumulata sul condensatore C7 viene fornita all'ingresso non invertente del secondo comparatore, realizzato su OS4, il cui livello di risposta è impostato dal divisore R9, R13. Il segnale di uscita di questo comparatore viene inviato alla base del transistor VT1, che, usando triac VD2 collega il carico.
Il tempo di risposta del comparatore su OS4 è determinato dal tempo di carica del condensatore C7, che aumenta in base al tempo di risposta del sensore: fino a quando il movimento nel campo visivo del dispositivo si è fermato, il condensatore C7 si ricaricherà. Pertanto, mentre qualcuno si muove nella stanza, l'illuminazione non si spegne.
Affinché l'illuminazione non si accenda durante le ore di luce, il dispositivo contiene un sensore di luce realizzato su un fotodiodo VD7 di tipo FD263, che viene acceso nella direzione opposta. Le modalità di funzionamento sono impostate dal divisore R15, R23.
La tensione dal motore del resistore variabile R23 viene fornita alla base del transistor VT2. Mentre il fotodiodo scuro è chiuso nella stanza e la tensione alla base del transistor VT2 è alta, quindi è chiusa e non influisce sul funzionamento del circuito.
Con l'aumentare dell'illuminazione, il fotodiodo si apre e la tensione alla base di VT2 diminuisce, il che porta alla sua apertura. Un transistor aperto attraverso un diodo VD9 sposta il segnale dall'uscita dell'amplificatore operazionale 2 all'ingresso del comparatore sull'amplificatore operazionale 3. Pertanto, il condensatore C7 non si carica e neanche l'illuminazione verrà accesa.
Per evitare che il sensore di luce diurna accenda la luce del giorno, il suo funzionamento viene bloccato attraverso il diodo VD8 collegato all'uscita del comparatore su OU4. Il condensatore C10 fornisce un ritardo nell'accensione del sensore di luce ambientale all'accensione della lampada, evitando così falsi allarmi del sensore.
La potenza del dispositivo è senza trasformatore. Attraverso il condensatore di spegnimento C9, la tensione di rete viene fornita a un raddrizzatore realizzato sui diodi VD4 e VD6. L'ondulazione della tensione rettificata viene attenuata dal condensatore C8 e la tensione viene stabilizzata a 16 V dal diodo Zener VD3. Questa tensione viene utilizzata per alimentare lo stadio chiave sul transistor VT1, che controlla il funzionamento dell'interruttore di alimentazione sul triac VD2.
Un regolatore di tensione parametrico da 9,1 V è assemblato sugli elementi R2, C3 e VD1, che viene utilizzato per alimentare tutti i nodi del dispositivo: un sensore PIR, un microcircuito DA1 e sensore foto diurno sul transistor VT2.
Il circuito descritto è prodotto come kit da Master Kit. Il kit contiene tutti i componenti radio necessari, un circuito stampato finito e un alloggiamento per l'assemblaggio del dispositivo, mostrato in Figura 5. Il kit include anche le istruzioni per l'assemblaggio e l'installazione del dispositivo.
Sebbene in generale il circuito sia considerato semplice e con un assemblaggio privo di errori da parti riparabili, dovrebbe iniziare a funzionare immediatamente, voglio attirare l'attenzione sul fatto che ha una potenza senza trasformatore. Pertanto, durante il montaggio e la messa in servizio, prestare la massima attenzione, rispettare le norme di sicurezza e, ancora meglio, utilizzare un trasformatore di isolamento.
Figura 5. Caso dal kit del kit principale
Dopo l'accensione, il circuito entra completamente in modalità operativa in uno e mezzo o due minuti, quindi tutte le impostazioni devono essere effettuate dopo che è trascorso questo tempo. Le impostazioni sono semplici e si riducono all'impostazione del tempo di ritardo richiesto dal resistore R22, e con l'aiuto del resistore R23 viene selezionata la soglia del sensore di luce.
La soglia del sensore di movimento stesso è determinata dal valore della resistenza R11.Se è necessario un aumento della sensibilità, il suo valore può essere leggermente ridotto. Di conseguenza, con un gran numero di falsi positivi, dovrai cambiare il valore nella direzione di aumento.
La Figura 6 mostra un altro diagramma di un sensore di movimento a infrarossi, che è molto simile al circuito mostrato in Figura 3.
Figura 6. Sensore di movimento a infrarossi. Opzione 2 (clicca sull'immagine per ingrandirla)
Uno schema simile è dotato di un proiettore con una lampada alogena a forma di singolo dispositivo ed è installato, di regola, agli ingressi delle abitazioni private. Il suo scopo è quello di accendere la luce nel cortile quando arrivano i proprietari della casa, oltre a mettere in guardia i proprietari sulla penetrazione degli ospiti, compresi quelli non invitati, nel territorio. Lo stesso schema è molto simile al precedente e svolge le stesse funzioni, quindi non è richiesta una descrizione dettagliata. Soffermiamoci solo su singoli nodi.
Come sensore a infrarossi, viene utilizzato un fototransistor PIR D203C, il cui segnale viene inviato al chip DA1, lo stesso del circuito precedente. La sensibilità del sensore è regolata da un resistore variabile VR3. Il sensore di luce è realizzato su un fotoresistenza CDS che, attraverso il transistor di luce diurna VT2, blocca il funzionamento del transistor VT1, che include un relè di controllo del carico. Pertanto, durante il giorno, l'inclusione del proiettore non si verifica.
Come il precedente, il circuito contiene un ritardo, che viene eseguito sul condensatore C14, il cui tempo di scarica è regolato da un resistore variabile VR1. I limiti di regolazione del tempo sono indicati direttamente sul diagramma.
Un faretto alogeno con un sensore di movimento è progettato per l'installazione in strada, in modo che gatti, cani o altri piccoli animali possano cadere nell'area di copertura del sensore, oltre alle persone. Ciò può causare un falso innesco dei sensori e l'inclusione della luce.
Per proteggersi da tali falsi allarmi, si consiglia di installare uno schermo protettivo davanti al sensore, che limiterà in qualche modo la gamma di visibilità del dispositivo dal basso: è abbastanza per vedere non l'intero cancello, ma solo la sua metà superiore, per distinguere la persona che è venuta.
Nei sensori di movimento più complessi, questo problema è risolto microcontrollore integrato, che è in grado di determinare la dimensione di un oggetto: una macchina, una persona o un mouse. Naturalmente, tali sensori sono più costosi.
Interruttori automatici di illuminazione con sensori acustici
per controllo della luce negli ingressi dei condomini sono anche utilizzati interruttori acustici ottici. Gli interruttori contengono un microfono, un sensore ottico e un dispositivo chiave di uscita.
La logica di funzionamento di tali interruttori è la stessa di quella a infrarossi: di giorno il microfono viene spento da un sensore ottico e al buio l'illuminazione si accende anche con lievi suoni nell'ingresso. Il tempo di esposizione è di circa 1 minuto, dopodiché la luce si spegne.
Con la nuova occorrenza di suoni, il ciclo si ripete. La sensibilità del microfono è tale da captare il suono a una distanza massima di 5 m, il che è abbastanza per le condizioni di accesso. Naturalmente, un tale sensore non può essere utilizzato per strada, perché la luce si accenderà da qualsiasi suono, ad esempio, da un'auto che passa.
Strutturalmente, gli interruttori ottico-acustici sono disponibili in due versioni: come unità separata montata su una parete o sul soffitto, oppure integrata in apparecchi di illuminazione di vari design. Tali interruttori sono mostrati nelle figure 7 e 8, rispettivamente.
Figura 7. Interruttore ottico-acustico a risparmio energetico EV-05
Figura 8. La lampada EVS-01 con un interruttore ottico-acustico incorporato
Il prezzo di tali interruttori è generalmente inferiore agli interruttori con un sensore a infrarossi, quindi possono essere raccomandati per l'uso in abitazioni e servizi comunali, anche se ciò non esclude l'installazione di sensori a infrarossi.
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