Электронные «умные» включатели освещения

Включатели света, конструктивно совмещенные с микроволно­вым сенсором, сегодня очень популярны; их устанавливают вместо обычных клавишных выключателей практически везде - от жилых комнат до подсобных помещений и внешнего уличного освещения.

В приборах охраны также нередко можно встретить бесконтакт­ные датчики, реагирующие на тепловое излучение; внешне они вы­глядят как коробочки с выпуклым матовым стеклом, обращенным к зоне охраны. «Матовое стекло» неоднородно, а разграничено на сектора с разным углом наклона и плотности относительно поверх­ности. Это линзы Френеля. Известный французский изобретатель знаменит тем, что в XIX веке воплотил в реальность проект обору­дования маяков специальными выпуклыми стеклами неоднородного состава. Свет, пропущенный через такие линзы, проникает сквозь туман через многие морские мили.

В зависимости от типа применяемой линзы можно получать тер­риторию перекрытия (охраны) датчика вертикальную - типа «зана­вес», широкую по глубине, сфокусированную или размытую. Когда в зоне защиты появляется излучатель тепла - человек или живот­ное, изменение теплового излучения в инфракрасном спектре улав­ливается датчиком, усиливается и управляет оконечным силовым каскадом.

Оконечное устройство - реле - может управлять сиреной либо любой другой нагрузкой; таков автоматический выключатель осве­щения, который в активное состояние приводится появлением че­ловека в комнате.

Пироэлектрический детектор - основа прибора - реагирует на изменение инфракрасного (далее - ИК) фона, поэтому недвижимый объект (даже излучающий тепло) не вызывает изменения состояния датчика. В связи с этим в схему введен узел задержки выключения, для того чтобы эффективно использовать прибор как автоматиче­ский включатель света в комнате. Чувствительность регулируется изменением угла наклона и приближения к линзе самого датчика и электронным способом - регулировкой усиления первого каскада схемы. В схемах охраны такие датчики получили названия «инфра­красных датчиков движения» или «датчиков движения». Инфра­красный датчик - это пироэлектрический детектор (см. рис. 35), со­стоящий из чувствительных керамических поверхностей, закрытых кварцевым окном, пропускающим только ИК-лучи.

Рис. 35. Вид на пироэлектрические детекторы (И К-детектор)

На рис. 36 показан принцип работы электронного устройства с датчиком в виде ИК-детектора.

В корпусе типа ТО-5 реализован полевой транзистор, усиливаю­щий сигнал с чувствительной поверхности.

*

я

Мультилинза

Направление

движения

Сектор линзь

* Линза фокусирует И К свет -■ТІ на фотоэлемент - сигнал f\ появляется

Человек вышел за сектор линзы, сигнал пропал

Человек вошел в сектор другой линзы, линза фокусирует ИК свет на фотоэлемент - сигнал появляется

Рис. 36. Пояснение принципа работы электронного устройства сдатчиком в виде ИК-детектора

Как устроен датчик движения

В середине датчика расположены приемники ИК-света - фотоэле­менты.

Линза Френеля состоит из множества маленьких линз, каждая из которых фокусирует ИК-свет на плоскость фотоэлемента, а одна из них - непосредственно на сам фотоэлемент (сигнал регистриру­ется).

При движении человека через какое-то время фокус линзы ухо­дит с фотоэлемента, и сигнал пропадает.

Затем уже другая линза фокусирует ИК-свет человека на фото­элемент - сигнал опять появляется.

Такое появление-исчезновение-появление сигнала - признак при­сутствия человека.

Каждая линза охватывает свой сегмент. Сигнал пропадает при вы­ходе человека (руки человека) за границы этого сегмента.

При перемещении внутри сегмента сигнал не меняется. Из вы­шесказанного можно сделать несколько логичных выводов.

Чем больше таких линз, тем более мелкие движения может улав­ливать датчик.

С удалением от датчика размер сегмента увеличивается, и с ка­кого-то расстояния все мелкие движения, например движение рук, покачивания головы, будут находиться в границах одного сегмен­та; после этого расстояния датчик присутствия может работать уже только как датчик движения.

У датчиков движения сегменты более крупные, по сравнению с датчиками присутствия.

Датчики движения реагируют на более яркий ИК-свет, по срав­нению с датчиками присутствия.

Особенности выбора мест установки датчиков движения

На датчик не должен падать прямой свет ламп; это поможет повы­сить его чувствительность. В зоне обнаружения датчика не должно быть посторонних объектов, ограничивающих обзор датчика, к при­меру подвесных светильников, не должно быть перегородок, даже стеклянных, поскольку ИК-свет сквозь стекло не проходит.

Основная характеристика датчика движения - радиус обнаруже­ния. Для датчика присутствия - радиус обнаружения сидящего или стоящего человека и радиус обнаружения идущего человека.

Этот радиус должен «дотягивать» до углов помещения, то есть один датчик контролирует зону (в зависимости от модели и пред­назначения) от 2 до 6 м. Как вариант в комнате придется ставить 2...3 датчика.

Почти все современные датчики движения (присутствия) на се­годня - это датчики с круговыми или овальными диаграммами об­наружения. Поэтому охватить прямоугольное помещение датчиками с круговыми диаграммами можно только с перехлестом диаграмм.

Немецкая компания Theben AG делает датчики присутствия с квадратной зоной обнаружения, что значительно упрощает про­ектирование; в этом случае датчиков требуется меньше: 4 «квадрат­ных» вместо 7 с круговой диаграммой.

Электрическая схема стандартного датчика движения представ­лена на рис. 37.

Она состоит из инфракрасного датчика PRI1, двухкаскадного усилителя и схемы задержки выключения. Кроме того, на одном элементе D1.3 собрано фотореле, реагирующее на общую освещен­ность площади перекрытия. Регулируемая задержка выключения необходима автомату для плавного выключения света после воз­можного резкого выхода человека из помещения.

Фотореле также необходимо для того, чтобы свет включался толь­ко во время явно недостаточной освещенности комнаты, например вечером, а не каждый раз, когда входит человек. Оба второстепен-

ЭЛЕКТРОННЫЕ -УМНЫЕ» ВКЛЮЧАТЕЛИ ОСВЕЩЕНИЯ

Рис. 37. Электрическая схема промышленного датчика движения

СП

от

ных устройства можно без последствий из схемы исключить или дополнить.

Если оставить только датчик движения, элементы DA1.1, DA1.4, R18, R19, R20, фоторезистор PR1, R6, R7, R8, Rl, R3, R9, R12, R21, С8 из схемы нужно исключить; между выводами 1 и 3 DA1.3 вклю­чить компенсационную цепь обратной связи, аналогичную C5R14 в первом каскаде. Ограничительный резистор R22 в таком варианте подключать к точке соединения катодов VD1, VD2.

Датчик (в авторском варианте) без сбоев работает на кухне в ре­жиме 24 часа уже более года, обеспечивая управление освещением. Самая дорогостоящая деталь схемы - сам датчик - пироэлектриче­ский детектор, который пришлось взять из схем охраны, его марка RE46. Однако стоимость его стала невелика из-за массового произ­водства несколько лет назад датчиков движения, а эффективность предлагаемой схемы превосходит на практике распространенные среди радиолюбителей устройства типа емкостных, индуктивных датчиков и инфракрасных барьеров.

Схема работает следующим образом.

Быстрое изменение теплового поля в зоне активности датчика приводит к небольшим, до 50 мВ скачкам напряжения на выходе детектора.

Чувствительность датчика можно незначительно изменить ре­зистором R5, R4 и конденсатором С2. Делитель напряжения R10R15R17 задает смещение ОУ около 8 В, примерно 2/3f7_n. На компараторе DA1.1 собрано по базовой схеме фотореле, порог сра­батывания которого регулируется подстроенным резистором R7.

Фоторезистор чувствительной поверхностью должен быть закреп­лен на раме и обращен к окну. При затемненности фоторезистора R2 (СФЗ-1) на выходе ОУ DA1.1 присутствует положительный по­тенциал, корректирующий режим усиления второго каскада.

Конденсатор С4 не пропускает постоянную составляющую двух каскадов усиления, а конденсатор СЗ стабилизирует напряжение смещения DA1.2. Коэффициент усиления первых двух ОУ регули­руется резистором R16.

На элементе DA1.4 реализовано реле времени, запускаемое вы­прямленным диодами VD1, VD2 положительным сигналом, прихо­дящим с выхода DA1.3.

Время задержки выключения зависит от номиналов элементов C8R18R19 и может достигать десятков минут. Чем больше время за­держки, тем меньше точность временного интервала. Цепь R18R19 при нахождении оптимальной задержки разумно заменить на один постоянный резистор. С выхода DA1.4 импульс включения поступает на транзисторный ключ, который коммутирует реле К1. Реле своими контактами на замыкание включает лампу освещения кухни. Слабо­точное электромагнитное реле К1 - любое маломощное, на напряже­ние срабатывания 10-12 В и коммутируемый ток до 2 А, например автомобильное реле на 12 В позиция 3747.06 в каталоге ВАЗ 2106.

Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,125. Оксидные конденса­торы К50-12. Остальные конденсаторы типа КМ, Н70. Переменные резисторы - СП5-1ВБ.

Частая регулировка устройства не нужна, поэтому они «прячут­ся» на монтажной плате. Транзистор VT1 можно заменить на КТ815 с индексами (А-Г), КТ817 с индексами (A-Б), КТ940А - КТ940Б. Реле К1 можно заменить на РЭС 10, РЭС 15, РЭС 48А, а также на реле зарубежного производства, например фирмы Pasi 12V, ЗА, типа BV2091-112DM.

Схема источника питания показана на рис, 38.

2С524А

СЗ

0,1мк 2

+ 1 С2

ЮОмк

X ► +ипит

D1

КРЕН85

(78L08)

-► — U пит

+ 12 В

Рис. 38. Электрическая схема источника питания

Полезный ток этого устройства составляет 100 мА.

На рис. 39 представлен еще один вариант первого каскада элект­рической схемы датчика движения с использованием пироэлектри-

Рис. 39. Электрическая схема усилителя сигналов к датчику движения и цоколевка выводов пироэлектрического датчика RE46

ческого датчика-детектора RE46 (и аналогичных), а также показана цоколевка выводов пироэлектрического детектора RE46.

Эта схема с использованием операционного усилителя позволяет применять датчик как составную часть более сложных конструкций, к примеру охранных систем.

Элементы схемы крепятся на монтажной плате и закрываются пластмассовым корпусом. ЕІри монтаже необходимо быть осторож­ным. ЕІаять датчик BL1 нужно аккуратно, желательно с антистати­ческим заземленным браслетом, не перегревая выводов датчика, - пайка каждого вывода не более 1 с, ЕГерегрев может вывести прибор из строя или ухудшить чувствительные характеристики.

Линза Френеля СЕ 12 представлена на рис, 40.

Рис. 40. Неоднородный материал линзы Френеля

Датчик ВЫ чувствительной стороной обращен к контролируе­мой зоне на расстоянии 1,7...2,5 см от поверхности линзы Френеля. Датчик Steinel с сегментированной линзой Френеля контролирует полукруг радиусом до 12 м, датчик с полусферической мультилин­зой - площадь 450 м² в диапазоне 360°.

Регулируются время включения, на протяжении которого будет гореть свет, когда «тепловой» объект покинет зону охвата датчика, - от 10 сек. до 15 мин., и сумеречный порог, то есть уровень освещен­ности, при котором будет включаться свет.

Номинальная мощность нагрузки 500, 600, 1000, 1200 Вт. Степень защиты IP54, работают при температуре от -20 °С до +50 °С.

Инфракрасные датчики фирмы DUWI (производства Германии) имеют аналогичное назначение и относятся к бизнес-классу по со­отношению цена-качество.

Дальность действия встраиваемого 500-ваттного прибора (С8003) - 10 м, действия в горизонтальной плоскости 120°, задержка времени - от 3 сек. до 12 мин.

Мощность датчиков для внешнего монтажа 1000, 1200, 3000 Вт, радиус контроля 12 м. Угол охвата - 110, 180, 240°; определяется конструкцией.

Мощный - коммутирует нагрузку в сети 220 В до 3000 Вт - при­бор контролирует сектор 240° с дальностью 16 м. Задержка 5 сек. - 12 мин. Степень защиты от IP44 до IP66.

Сравнимы с ними по эксплуатационным характеристикам сен­соры фирмы Massive, Бельгия (С8011-С8012), КОРР, Германия (С8021-С8023, С8031-С8034), Globo, Австрия (С8016).

Датчики движения с радиоканалом производства Legrand рабо­тают с радиоинтерфейсом (С8042), который по радиоканалу при­нимает радиокоманду и транслирует ее в сеть электропитания. Зона управления электроприбора - 12 м - 90° и 16 м - 180°. Дальность передачи радиосигнала - до 200 м.

Датчик движения С8047 фирмы АВВ коммутирует нагрузку мощ­ностью до 3680 Вт, охватывает 16 м - 200° с контролем на уровне земли и с тыльной стороны ±30°; зона и порог чувствительности регулируются дистанционно - с помощью ИК-пульта.

Датчик Presence Light360 коммутирует нагрузку 1200Вт, имеет класс защиты IP54 от германской компании Theben (С8052), с не­обычным дизайном, встраивается в потолок и контролирует зону 8x8 м. Имеет автоматическую оптимизацию задержки освещения (от 10 сек. до 20 мин.), дистанционное управление и дистанционную

Рис. 41. Внешний вид датчика Presence Light360

настройку датчиков с помощью ИК-пульта. Внешний вид Presence Light360 представлен на рис, 41.

Электрическая схема подключения датчика движения (любой мо­дели) представлена на рис, 42.

о------------------------------------------------------------------------------------

ВХОД 220 В I _РЕЛЕ ,

СЕНСОР П ]—

°----------------- чЕъ

220 В/500 Вт

Рис. 42. Электрическая схема подключения датчика движения (любой модели)

5.2.