В условиях постоянно растущих тарифов на электроэнергию, самое время задуматься об ее экономии. И если это касается освещения, то этого можно достичь применением LED источников света, которые в значительной степени экономят электроэнергию. Так же в дополнение к ним устанавливают датчики движения и освещения, которые позволяют автоматизировать процесс освещение и тем самым увеличить срок службы LED источника света, который имеет довольно большую цену, а также позволяет снизить потребление электроэнергии. Эти LED источники света реагируют как на освещенность помещения, так и на движение при этом срабатывая в условиях, когда это необходимо. Выключение таких LED источников света происходит самостоятельно через некоторое время. LED светильник с датчиком движения отлично зарекомендовал себя в работе как в закрытых помещениях, так и на открытых участках. Стоит заметить, что монтаж LED светильников с датчиком движения, возможен даже в труднодоступных местах куда нет возможности подвести электричество. Преимущества таких LED светильников с датчиком движения в том, что он не будет потреблять электричество без надобности и тем самым его экономить. При этом отпадает необходимость устанавливать под него выключатель, который потом придётся искать темноте. Более того, если в устройство вмонтировать фото-датчик, то данный LED светильник будет реагировать не только на движение, но также на уровень освещения. Если светильник установлен на улице, то в сумерках он будет включаться автоматически, а при достаточном освещении выключаться.
Ну начнем по порядку и сделаем такой LED светильник сами. Для этого нам понадобится следующее:
- каркас
- монтажные провода
- фольгированный стеклотекстолит
- блок питания на 12в или аккумулятор.
Датчик HC-SR501
Для настройки режимов на датчике HC-SR501 имеются два потенциометра (время и чувствительность) и перемычка (смотрите картинку ниже):
Основные характеристики HC-SR501:
- Рабочее напряжение: DC 4.5V - 20V
- Выходной сигнал: высокий / низкий уровень (0 или 1), сигнал: 3,3 В TTL-уровень
- Дальность обнаружения: 3 - 7 Метра (регулируется потенциометром "чувствительность")
- Угол обнаружения: 120-140 ° (зависит от установленной линзы Френеля)
- Время задержки срабатывания: 5-300 секунд (регулируется потенциометром "время", по умолчанию 5 с -3%)
- Рабочая температура: -20 - 80 ° C
- Режим работы:
- Режим H - в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень.
- Режим L - в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс.
Выбрав режим работы датчика, настроив чувствительность и время срабатывания перейдем еще к одному важному моменту установка фоторезистора, так как помимо стандартных органов чувств пироэлектрический датчик имеет возможность установить фоторезистор. Часто свободные контакты на плате для подключения имеются. На схеме ниже его контакты обозначены как RL.
При подключении фоторезистора устройство будет работать только в темноте. Так как если осветить фоторезистор его сопротивление уменьшится и напряжение на ножке 9 микросхемы DA1 будет недостаточным для включения. Регулировать порог включения можно подключив параллельно резистору R9 подстроечный резистор. Его необходимо подключать через сопротивление в 1...4,7 кОм с целью не допустить короткого замыкания при малых сопротивлениях фоторезистора. Фоторезистор устанавливается на плату датчика в место обведенное желтым цветом, (смотрите рисунки ниже).
Светодиодная лента на 12в
Совсем недавно ряд светодиодных светильников пополнился лампами, представляющими собой тонкие гибкие ленты длиной до 5 метров с возможностью наращивания их длины. Ленту также можно разрезать на небольшие отрезки, длиной в несколько сантиметров. При выборе светодиодной ленты главной светотехнической характеристикой является интенсивность светового потока, которая выражается в люменах на метр (лм/м). Величина светового потока определяется типом и количеством светодиодов, установленных на одном метре ленты. Зная тип светодиодов и их количество, легко самостоятельно определить световой поток.
Например, на метре светодиодной ленты белого света установлено 30 светодиодов типа 3528, имеющий световой поток 5 лм на каждый светодиод. Умножаем 5 лм на 30 светодиодов, получаем 150 лм. Примерно такой световой поток излучает 10-ваттная лампочка накаливания.
Устройство светодиодной ленты на гибкой пластиковой ленте длиной до 5 м находятся тонкие медные токопроводящие дорожки требуемой конфигурации. К дорожкам припаиваются припоем светодиоды и токоограничивающие. При питающем напряжении 12В устанавливается три последовательно соединенных светодиода и один или несколько токоограничивающих резисторов. Количество резисторов определяется в зависимости от величины рассеиваемой на них мощности (смотрим рисунок ниже).
Для крепление светодиодной ленты на одну сторону нанесен липкий слой, защищенный пленкой. Для того, чтобы ленту закрепить на поверхности, необходимо удалить защитную пленку и приложить липкой стороной на место установки. При необходимости светодиодную ленту можно резать. Шаг разрезки определяется количеством последовательно включенных светодиодов и с двух сторон отделяется контактными площадками, позволяющие припаивать к ним провода (смотрим рисунок выше). Для LED светильника использовались 4 отрезка светодиодной ленты с светодиодами 5630.
Каркас
Так как светодиоды боятся перегрева, то для их долгой службы необходим хороший отвод тепла. В связи с этим каркас был изготовлен из алюминиевой пластины толщиной 2 мм. В каркасе также просверлены отверстия для крепежа и прокладки провода (смотрим картинки ниже).
Монтажный провод
Для монтажа радиодеталей и радиокомпонентов, узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, монтажа электрических аппаратов и приборов применяются монтажные провода. Токопроводящими жилами монтажных проводов служат луженые медные проволочки, допускающие соединения пайкой низкотемпературными припоями. Многожильные гибкие провода обеспечивают гибкость монтажа и надежную защиту от внешних воздействий. Материалом изоляции служат стеклянные и капроновые нити, ленты из триацетатной пленки, применяемые в диапазоне температур -60...+105 °С, поливинилхлоридная и полиэтиленовая изоляция с дополнительной защитной оболочкой из капрона, стойкая к влаге, маслам и грибковой плесени.
Фольгированный стеклотекстолит
Фольгированный стеклотекстолитлистовой материал производится из стеклоткани, которую пропитывают эпоксидной смолой. На поверхность изделия наносят слой гальванической медной фольги с толщиной в 35 мкм или 50 мкм. Так вот из него будем изготавливать контактные площадки и печатную плату транзисторного ключа.
Блок питания на 12В или аккумулятор
Блок питания преобразует переменное напряжение домашней электрической сети напряжением 220В в заданное постоянное напряжение.
Самое время рассмотреть схему данного светильника.
Фото собранного варианта LED светильника
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| P1 | Датчик | HC-SR501 | 1 |
Инфракрасный датчик движения (PIR Motion sensor) HC-SR501 (DSN-FIR800) используется для обнаружения в контролируемой зоне движения объектов, которые излучают инфракрасное излучение (тепло). Принцип работы датчика основан на пироэлектричестве.
Пироэлектричество - это свойство генерировать определенное электрическое поле при облучении материала инфракрасными (тепловыми) лучами. Над чувствительным элементом установлена линза Френеля, которая используется для увеличения радиуса обзора и усиления входящего инфракрасного сигнала.
Модули HC-SR501 представляет из себя модуль состоящий из ИК сенсора 500BP, линзы Френеля, и управляющей модулем микросхемы BISS0001. Режим работы модуля задается перемычкой (режим H или режим L).
Режимы работы
Режим работы модуля задается перемычкой. Есть два режима - режим H и режим L. На фото модуль установлен режим H.
- Режим H - в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень. Красная перемычка.
- Режим L - в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс. Жёлтая перемычка.
Примечание :
На данном экземпляре нету колодки для перемычки, а есть контакты на плате для запайки перемычки, причём вариант Н уже замкнут печатным проводником.
Для выбора режима L необходимо удалить заводскую перемычку (как указано на картинке).
Основные характеристики HC-SR501
- Цвет: белый зеленый
- Размеры: 3,2 см х 2,4 см х 1,8 см (примерно)
- Инфракрасный датчик контроля плате
- Чувствительности и времени задержки может быть отрегулировано
- Рабочее напряжение: DC 4.5V-20V
- Ток: <60 mA
- Выходное напряжение: высокий / низкий уровень сигнала: 3,3 В Выход TTL
- Дальность обнаружения: 3 — 7М (можно регулировать)
- Дальность обнаружения: <140 °
- Время задержки: 5-200S (может быть скорректирована, по умолчанию 5 с -3%)
- Блокада времени: 2,5 S (по умолчанию)
- Trigger: L: Non-повторяемые триггер H: Повторите Trigger (по умолчанию)
- Рабочая температура: -20 — 80 ° C
- Метод запуска: L неповторимый триггер / H повторяемые триггера
Контакты:
OUT
(выходной сигнал) – контакт для обмена данными между датчиком и микроконтроллером;
VCC
– напряжение питания (4,5 — 20в);
GND
– общий контакт.
Инфракрасный датчик движения HC-SR501
не рекомендуется использовать в местах с резкими перепадами температур (резкий всплеск инфракрасного излучения) от нагрева он будет воспринимать как появление перемещающегося объекта, что может вызвать ложное срабатывание.
Модуль HC-SR501 часто применяется в охранных сигнализациях, а так же в умных домах для контроля освещения при появлении в помещении человека.
Приобрести датчик можно в магазине — партнере проекта FastAVR со скидкой 10% если перейти по ссылке
Датчик движения (PIR Motion sensor) HC-SR501 подключение к Arduino
PIR-sensor переводится с английского как Pyroelectric (Passive) InfraRed sensor - пироэлектрический (пассивный) инфракрасный сенсор. Пироэлектричество - это свойство генерировать определенное электрическое поле при облучении материала инфракрасными (тепловыми) лучами. Поэтому PIR датчики позволяют обнаруживать движение людей в контролируемой зоне, так как тело человека излучает тепло. Такие датчики малы по размеру, недороги, имеют низкое энергопотребление. Они просты в использовании и не изнашивается. По этим причинам они применяются в большинстве промышленных датчиков движения.
Не стоит располагать PIR-датчики в местах, где быстро меняется температура. Это приведет к тому, что датчик не сможет обнаруживать появление человека в контролируемой зоне, и будет много ложных срабатываний.
Благодаря нашим «братьям-китайцам» очень популярным для домашнего применения стал модуль, состоящий из самого PIR-датчика и схемы управления. Они все объединили в один модуль и назвали его HC-SR501.
Основные параметры модуля HC-SR501
Параметр Значение
Размеры примерно 3.2см x 2.4см x 1.8см
Напряжение питания DC 4.5V- 20V
Ток на OUT o -140 o (в зависимости от конкретного датчика и линзы)
Длительность импульса
при обнаружении 5 - 200сек.(настраивается)
Время блокировки до
следующего замера 2.5сек. (но можно изменить заменой SMD-резисторов)
Рабочая температура -20 - +80 o C
Режим работы L - одиночный захват, H - повторяемые измерения
Описание
Выглядит весь модуль вот так:
А вот так он выглядит со снятой линзой Френеля. Что такое эта линза можно почитать на Википедии . На фото видно PIR-датчик 500BP.
Более крупным планом
А это обратная сторона модуля со схемой питания и управления.
В модуле имеется несколько органов настройки. Два переменника и перемычка. Из картинки, я думаю, все должно быть понятно.
Режимы работы
Режим работы модуля задается перемычкой. Есть два режима - режим H и режим L. На фото выше в модуле установлен режим H.
- Режим H - в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень.
- Режим L - в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс.
Ну и еще одна картинки, скопировал из даташита на PIR-датчик:
Схема
Проверить работу датчика можно собрав на макетной плате простейшую схему. В качестве индикатора здесь используется обычный светодиод.
Соберите эту схему. Перемычку надо поставить в режим работы L. Подайте питание. Подождите примерно 20-40 сек (для некоторых модулей и до 60сек.). В это время датчик калибруется.
Теперь, как только датчик зафиксирует движение, то светодиод будет светиться определенное время, установленное подстроечным резистором. Можно поиграться настройкой чувствительности и установкой модуля в разные места дома.
К микроконтроллерам (ну или другим микросхемам) модуль лучше (хотя и необязательно) подключать через транзистор и подтягивающий резистор на 10k. Вот примерная схема:
Или вот:
Датчиками движения называют приборы, которые реагируют на движущиеся, а не неподвижные предметы. Этим они отличаются от датчиков присутствия, настроенных на срабатывание при исчезновении, пропадании двигающихся объектов в контролируемой зоне.
Другими словами, прибор, контролирующий движение, должен сработать при нахождении человека внутри наблюдаемого пространства, когда он передвигается или замер, но хотя бы просто пошевелил пальцами. В то же время устройства контроля присутствия срабатывают тогда, когда люди полностью покинули помещение либо в нем остался совершенно замерший человек, не совершающий никаких движений.
Принципы работы датчиков движения
Обе группы этих датчиков могут работать на основе:
улавливания звуковых колебаний чувствительными акустическими системами;
восприятия теплового излучения, вызываемого человеческим телом инфракрасными приемниками пассивного действия ;
перекрытия невидимых человеческому глазу инфракрасных лучей, направляемых от излучателя к приемнику активным методом .
Существуют еще другие способы выявления движущегося человека, но они, как и акустический метод, используются редко. А в бытовых устройствах чаще всего применяются датчики движения, работающие с электромагнитными колебаниями волн, расположенных в инфракрасном спектре. Они описываются в .
У приемников ИК датчиков общий принцип работы.
Датчики движения и датчики присутствия улавливают инфракрасное излучение, распространяемое во все стороны от любых предметов, расположенных в зоне обзора. Тепловые лучи, как в обычной оптической системе, например, фотоаппарата попадают на сегментную линзу, работающую по принципу Френеля.
Эта стеклянная или из сортов оптических пластмасс конструкция создается с большим количеством концентрических секторов/сегментов, каждый из которых формирует узконаправленный пучок параллельных тепловых лучей на ИК сенсор.
Его еще называют термином «PIR-сенсор» потому, что он обладает пироэлектрическим эффектом — создает электрическое поле, пропорциональное получаемому тепловому потоку. Принятый им сигнал обрабатывается электронными устройствами.
У большинства конструкций датчиков пиродетектор работает с аналоговыми величинами. Примером может служить .
Он обладает небольшими габаритами, работает на основе микросхемы, имеет три клеммы для подключения проводов питания и нагрузки, два регулировочных потенциометра. При срабатывании выдает управляющий электрический сигнал напряжением 3,3 вольта и ток в несколько миллиампер.
В последнее время стали внедряться блоки, осуществляющие двойное преобразование и обработку команд на основе .
Это позволяет использовать микропроцессорные устройства и компьютерные технологии для дальнейших преобразований сигнала и формирования различных алгоритмов управления автоматическими устройствами.
Как аналоговые электронные, так и цифровые датчики подключаются к блокам питания и имеют выходные устройства, коммутирующие нагрузку в первичной сети.
В алгоритм работы электроники закладывается один из принципов:
обнаружения движения;
срабатывания по пребыванию.
Когда в поле действия датчика появляется человек, то он своим присутствием вносит изменения в тепловой баланс окружающей среды, а все его передвижения фиксируются через линзу Френеля как объективом фотоаппарата. Электронные блоки срабатывают и выдают электрический сигнал на управляющий контакт.
На этом функции самого датчика заканчиваются, хотя процесс переключения исполнительных механизмов еще не выполнен, а мощности управляющего сигнала датчика движения для коммутации светильников освещения, включения звуковой сирены, отправления СМС на мобильный телефон или выполнения других задач недостаточно.
Этот сигнал необходимо усилить и обеспечить его передачу на мощный контакт для коммутации нагрузки.
Рассмотренный нами выше датчик движения HC-SR501 не может выполнить эти функции самостоятельно. Для их реализации можно собрать простой транзисторный ключ на .
На клеммы VCC и GND у датчика движения и ключа подается питание =4,5÷20 вольт от дополнительного источника, а управляющий сигнал с вывода OUT датчика подводится на одноименную клемму усилителя. Нагрузка соответствующего напряжения подключается на выходную цепь.
Если использовать эту схему для включения мобильного телефона, то можно получать СМС на свой мобильник, которые будут сигналом о появлении нежданных гостей в охранной зоне.
В большинстве готовых модулей для схем освещения с датчиками движения встроен его усилитель и силовой контакт, коммутирующий схему нагрузки. У конструкций таких блоков, питаемых от сети ≈220 вольт, прямо на корпусе размещены три клеммы для подключения проводов, два из которых подают питание (фазу L и ноль N) а третий L" совместно с нулем N используется для коммутации светильников.
Датчики движения активного действия
Приборы, работающие по принципу контроля канала между ИК излучателем и приемником, имеют примерно такой же алгоритм, настроены на общую частоту, как у пульта дистанционного управления телевизора или манипулятора беспроводной компьютерной мыши с их приемниками. Они могут иметь автономное, независимое от стационарной электрической сети питание.
При этом выполняется одна из схем расположения модулей прямого или поворотного способа образования тракта с помощью зеркал.
Схемы подключения датчика
Электрическая схема простого подключения показана на картинке.
При этом подключении режим работы светильника полностью соответствует алгоритму, заложенному электронной схемой, и настраивается потенциометрами регулировки.
На простых конструкциях датчиков устанавливается два регулятора:
1. LUX — уровня освещенности, при достижении которого происходит срабатывание датчика (к примеру, нет необходимости пользоваться электрическим светом в солнечную погоду). Для регулирования первоначально выставляется его наибольшее значение;
2. TIME — продолжительности включения таймера или, другим словами, отрезка времени, в котором будет гореть светильник после обнаружения движения. Обычно устанавливают минимальную величину, ведь при каждом новом движении датчик станет постоянно перезапускаться.
Обычно этих двух параметров регулировок достаточно для настройки управления бытовыми светильниками. У встречаются еще два потенциометра:
1. SENS — чувствительности или дальности действия. Им пользуются для уменьшения зоны контроля в тех случаях, когда ограничить ее изменением ориентации датчика движения не получается;
2. MIC — акустического уровня шумов встроенного микрофона, при котором срабатывает датчик. Но в бытовых условиях эта функция не нужна — датчик будет срабатывать от посторонних звуков проезжающих машин, детских возгласов…
Схема подключения светильника к двум датчикам
Этот способ используется в местах, когда возникает необходимость управлять освещением из двух удаленных точек с ограниченным обзором для одного датчика.
Одноименные клеммы приборов подключаются по параллельной схеме друг к другу и выводятся на сеть питания и осветительный прибор. При срабатывании выходного контакта любого датчика загорается светильник.
Схема подключения через выключатель
Этим способом пользуются, когда добавляют к действующему светильнику с выключателем блок датчика движения. При включенном выключателе схема полностью работает так, как она настроена электроникой. А при разомкнутом контакте фаза снимается с блока питания и датчик движения выводится из работы.
Практика показала, что среди владельцев квартир при выходе из помещения сохранилась привычка машинально отключать свет выключателем. После этого при заходе в комнату человека датчик движения оказывается выведенным из работы. Чтобы исключить подобные ситуации контакты выключателя шунтируют, чем осуществляется переход на предшествующую схему.
В этой схеме включенный выключатель полностью шунтирует выходной контакт датчика движения. Ее применяют, когда человек длительно находится в неподвижной позе, а выдержка у таймера маленькая и для включения светильника приходится делать лишние отвлекающие движения.
Схема подключения мощных нагрузок электромагнитными приборами
Блок датчика движения с маломощными контактами можно использовать для очень мощных осветительных приборов. Для этого используется промежуточное устройство — , реле или контактор соответствующих номиналов. Его обмотка подключается к маломощному контакту датчика, а силовой контакт коммутирует нагрузку системы осветительных приборов.
В этой схеме, как и во всех других, необходимо точно рассчитать коммутируемые мощности и подобрать под них силовые контакты. После включения в работу обязательно замеряют токи нагрузок и сравнивают их еще раз с мощностью контактов. Для надежной длительной работы системы необходимо создать запас по мощности.
Подобная схема с электромагнитными приборами способна длительно и надежно работать. Но, у нее есть два существенных недостатка:
1. повышенный уровень шума и возникающие электромагнитные помехи, сопровождающие процесс перемещения якоря во время переключений;
2. постоянный износ контактной системы вследствие разрядов, возникающих при разрыве цепи, что требует выполнения периодических профилактических работ.
Этих недостатков лишены симисторные и тринисторные схемы.
Схема подключения мощных нагрузок полупроводниковыми приборами
В этом случае отсутствуют всевозможные шумы и помехи. Но для работы полупроводникового прибора необходимо преобразовать управляющий сигнал датчика движения в гармонику, совпадающую по частоте с напряжением сети. Для этого создается специальная схема согласования, которая выдает переменный ток на .
При работе схемы согласования симистор открыт. и светильники горят. Когда управляющий сигнал отсутствует, то триак закрыт, а управляемое им освещение отключено.
Недостатком этой схемы является сложность конструкции согласующего сигнала электронного устройства.
Выбор места установки и способа ориентации датчиков
В зависимости от своей конструкции датчик движения может иметь различный угол наблюдения для контроля пространства от нескольких градусов до кругового обзора, который обычно применяется при потолочном креплении.
Эти углы распределяются в горизонтальной и вертикальной плоскостях, определяют зону наблюдения, указываются в документации.
Датчики, предназначенные для установки на стену, обычно имеют обзор порядка 110÷120 или 180 градусов по горизонту и 15÷20 — по вертикали.
Вне этого пространства никакие движения датчиками не фиксируются. Поэтому при установке датчика движения важно не только подбирать их по характеристикам обзора, но еще и регулировать после монтажа для корректировки направления. Конструкции с подвижным органом обзора облегчают наладку, а у остальных приборов надо очень тщательнее продумывать и выполнять первоначальный монтаж.
Потолочные датчики обычно имеют круговой обзор 360 о по горизонтали, который распространяется конусом сверху вниз. Его зона контроля значительно больше, но она тоже может иметь непросматриваемое пространство в углах помещений.
Влияние посторонних объектов на работу датчиков
При монтаже и настройке датчика движения важно учесть условия их размещения, оценить влияние на их надежность расположенных рядом предметов и различных источников энергии. Тепловые нагреватели, колышущиеся ветки деревьев, проезжающие мимо автомобили, кабины поднимающихся/опускающихся лифтов и другие объекты могут вызывать частые ложные срабатывания устройств.
Когда нет возможности от них избавиться, то загрубляют чувствительность прибора потенциометром или экранируют зону помех.