Categories: Electrònica pràctica, Notícies elèctriques interessants, Domòtica
Nombre de visualitzacions: 108781
Comentaris sobre l'article: 3
Interruptors automàtics d'il·luminació amb sensors infrarojos i acústics
La moderna base elemental de l'electrònica permet crear dispositius senzills en circuits, però amb un rang de funcions bastant ampli. Anteriorment, aquests dispositius només estaven disponibles per al seu ús en sistemes professionals complexos i costosos, i ara el seu ús fa que la nostra vida quotidiana sigui més còmoda i fàcil.
Aquest article parlarà sobre els dispositius que utilitzen Sensors d’infrarojos. Una vegada que aquests sensors eren utilitzats principalment en sistemes de seguretat, i ara a ningú no ens sorprèn les portes que s’obren davant de cada persona entrant o la inclusió automàtica d’il·luminació a l’entrada. I tot això Sensors d’infrarojos! Sovint s’anomenen sensors piroelèctrics.
Sensor piroelèctric. Dispositiu i principi de funcionament
Els principis piroelèctrics són de principi passius. Això vol dir que no generen senyals electromagnètics, sinó que ho són receptor d’infrarojosPer tant, per als humans és absolutament inofensiu.
Cada element ho és font d’infrarojos, i el cos humà en aquest sentit tampoc és una excepció. Els sensors piroelèctrics estan dissenyats de manera que no responguin a la radiació infraroja pròpiament dita, el seu valor absolut, sinó al seu canvi. Per tant, fins i tot un lleuger moviment d’un objecte, per exemple, una persona serà detectada per un sensor d’aquest tipus.
Com a exemple, considerem el sensor piroelèctric IRA-E710 de Murata. El seu dispositiu es mostra a la figura 1.
Figura 1. Dispositiu de sensor piroelèctric IRA-E710
La base del sensor piroelèctric és una fotocèl·lula sensible a infrarojos que produeix un senyal elèctric proporcional a la quantitat de radiació. Per fer coincidir la fotocèl·lula amb el circuit i l'amplificació del senyal inicial, s'utilitza un transistor amb efecte de camp.
Si el sensor està construït en una sola fotocèl·lula, no només es desencadenaran objectes en moviment, sinó simplement des de la temperatura externa, la llum solar, els radiadors i els canvis de temperatura del propi sensor o, més aviat, el seu cos.
Dit d’una altra manera, la immunitat acústica d’aquest sensor és massa baixa. Per augmentar-lo, els sensors piroelèctrics es fabriquen sobre la base de dues fotocèl·lules incloses en el sentit contrari, tal com es mostra a la figura, que permet compensar els factors acabats d’esmentar.
Aquest sensor només respon als canvis en la magnitud de la radiació, cosa que permet utilitzar-lo com a detector de moviment. Una fiabilitat encara més gran en el funcionament del sensor la proporciona un filtre de llum ajustat a una longitud d’ona de 5-14 micres. Aquesta radiació és la més característica del cos humà.
Tot i això, no s'hauria de pensar que el sensor només recull el moviment d'objectes escalfats. Sempre hi ha un cert fons d’infrarojos a l’habitació, de manera que moure qualsevol objecte, fins i tot amb temperatura ambient, provoca un canvi en el fons general i el sensor s’activa.
Els inconvenients del sensor descrit inclouen el fet que només és sensible als moviments transversals, és a dir, d’una fotocèl·lula a una altra. Quan es desplaci per la superfície de les dues fotocèl·lules, el senyal no es generarà. Per tant, en instal·lar aquests sensors, haurien d’orientar-se en conseqüència, com es comentarà anteriorment.
Per alliberar-se d’un efecte tan nociu per a casos especialment crítics, es desenvolupen i s’apliquen. sensors basats en quatre fotocèl·lules. És cert que els sensors d’aquest tipus són més complexos i costosos, cosa que també complica l’esquema de la seva connexió i control.
Hi ha sensors per a muntatge convencional i de muntatge en superfície (SMD). La seva aparença es mostra a la figura 2.
Figura 2. Sensors IRA-E710. Aparició
L’ús de sensors de moviment
Originalment sensors de moviment destinada a crear sistemes d'alarma contra robatoris. Amb el desenvolupament de la base d’elements, els sensors piroelèctrics es van tornar molt més barats i assequibles, cosa que va permetre utilitzar-los per a fins domèstics.
És sobretot inclusió automàtica de la il·luminació, obertura de portes, així com la gestió de sistemes de videovigilància. Aquesta automatització permet estalviar una quantitat important d’electricitat o calor a l’habitació. Quan s’utilitza en sistemes de videovigilància, s’estalvia espai als discs durs de l’ordinador que controla el funcionament del sistema de vídeo.
L’algoritme de l’interruptor automàtic de llum
Quan la llum s’encén automàticament, per exemple, en una entrada, quan una persona apareix al camp de vista del dispositiu, l’il·luminació s’ha d’encendre i apagar després d’un temps. Mentre que una persona es troba al camp de vista del dispositiu, la il·luminació no s'ha d'apagar, la velocitat de l'obturador augmenta. A la llum del dia, la inclusió automàtica de la llum no s'ha de produir.
Els focus amb un sensor de moviment dissenyat per a la instal·lació a l’aire lliure també funcionen exactament: il·luminar les portes i el pati a tocar de la casa, escales a l’entrada de la botiga i en altres casos. Aquests focus estan disponibles en conjunt amb un sensor de moviment o el sensor de moviment es pot separar.
Un dels circuits de control automàtic de la il·luminació mostrat a la figura 3.
Figura 3. Esquema de control d’il·luminació des d’un sensor de moviment (feu clic a la figura per visualitzar l’esquema en un format més gran)
Descripció del circuit
Com a receptor de radiació infraroja al circuit utilitzat Sensor piroelèctric PIR1. Davant de les seves fotocèl·lules, s’instal·la una reixa de modulació de ratlles estretes opaques i transparents, que es troba horitzontalment. Per tant, resulta que per a un fotodetector, un objecte que es mou a través de les bandes de la reixa de modulació és obert o tancat, cosa que provoca l'aparició d'una tensió alterna a la sortida del sensor.
L’anterior s’il·lustra a la figura 4, que mostra la ubicació correcta del sensor. La mida de l'objecte detectat pel dispositiu està determinada per l'amplada de banda de la graella de modulació. Canviant l'amplada de banda, podeu ajustar la sensibilitat del dispositiu en general. L’amplada de l’interval del dispositiu es pot ajustar canviant la mida de la gelosia de modulació de la finestra.
Figura 4. Esquema d’instal·lació del sensor de moviment
La potència de l'amplificador intern del sensor PIR1 es subministra a la seva sortida 1 a través del filtre R1C1. El senyal de sortida del sensor s’elimina del pin 2 i s’envia a l’entrada no inversora de l’amplificador operatiu 1 del xip DAM tipus LM324. Aquest xip és un quatre amplificadors operatius (amplificadors opcionals) independents els uns dels altres. L’únic que els uneix són les conclusions i el cas comuns del poder.
El sistema operatiu OS1 es combina un amplificador amb un guany d’uns 150 aproximadament, al qual està connectat directament el sensor PIR1. Si no hi ha cap moviment a l’àrea de cobertura del sensor, a la sortida d’OУ1 hi ha un nivell de tensió constant, aproximadament la meitat del voltatge de la font d’energia.
Quan es detecta un objecte en moviment al camp de vista del sensor al terminal 2, apareix una tensió alterna, que és amplificada per OS1. A la sortida d’OS1, apareix un component variable, que s’alimenta mitjançant un condensador C2 fins a la següent fase d’amplificació realitzada a OS2 amb un guany d’aproximadament 100.
Després d’aquestes etapes, arriba el senyal amplificat al nivell requerit a l’entrada del comparador a OU3: pin 10 del xip DA1. El nivell de resposta del comparador està determinat pel valor de les resistències R8, R11, R20. En l'estat inicial, la tensió de sortida del comparador és baixa.
Si a la sortida de ОУ2 - sortida 14 - apareixen polsos rectangulars que superen el nivell d’operació especificat, a la sortida del comparador ОУ3 - sortida 8 - apareixerà un nivell d’alta tensió, més precisament, els polsos que carreguen el condensador C7. El díode VD5 impedeix la descàrrega d’aquest condensador mitjançant la sortida del comparador quan és baix. Per tant, el condensador només es pot descarregar a través dels circuits en sèrie R14 i R22. Mitjançant una resistència variable R22, el temps de descàrrega es pot configurar en 5 segons ... 5 min.
La tensió acumulada al condensador C7 es subministra a l’entrada no inversora del segon comparador realitzat al sistema OS4, el nivell de resposta el fixa el divisor R9, R13. El senyal de sortida d’aquest comparador s’alimenta a la base del transistor VT1, que utilitzant triac VD2 connecta la càrrega.
El temps de resposta del comparador al sistema OS4 està determinat pel temps de càrrega del condensador C7, que augmenta amb el temps de resposta del sensor: fins que el moviment al camp de vista del dispositiu s'hagi aturat, el condensador C7 es recarregarà. Així, mentre algú es mogui a l'habitació, no es garanteix que la il·luminació s'apague.
Per tal que la il·luminació no s’encengui durant les hores del dia, el dispositiu conté un sensor de llum realitzat en un fotodiode VD7 del tipus FD263, que s’encén en sentit contrari. Els modes de funcionament són establerts pel divisor R15, R23.
El voltatge del motor de la resistència variable R23 es subministra a la base del transistor VT2. Mentre que el fotodiode fosc està tancat a l’habitació i la tensió a la base del transistor VT2 és alta, per tant, està tancada i no afecta el funcionament del circuit.
Amb una il·luminació creixent, el fotodiode s’obre i el voltatge a la base del VT2 baixa, el que condueix a la seva obertura. Un transistor obert mitjançant un díode VD9 fa que el senyal des de la sortida de l’amperi op 2 a l’entrada del comparador de l’amplificador op 3. Per tant, el condensador C7 no es carrega i tampoc s’encendrà la il·luminació.
Per tal d’evitar que el sensor de llum del dia s’encengui la llum que ha arribat el dia, el seu funcionament es bloqueja mitjançant el díode VD8 connectat a la sortida del comparador a l’O44. El condensador C10 proporciona un retard en l’encesa del sensor de llum ambiental quan s’encén la làmpada, evitant així falses alarmes del sensor.
La potència del dispositiu és transformadora. Mitjançant el condensador C9, es subministra el voltatge de la xarxa a un rectificador fet sobre els díodes VD4 i VD6. El ondulador de la tensió rectificada es suavitza amb el condensador C8, i el voltatge s’estabilitza a 16 V pel diode Zener VD3. Aquest voltatge s'utilitza per alimentar l'escenari clau del transistor VT1, que controla el funcionament de l'interruptor d'alimentació del triac VD2.
En els elements R2, C3 i VD1 es combina un regulador de tensió paramètric de 9,1 V, que s'utilitza per alimentar tots els nodes del dispositiu: un sensor PIR, un microcircuit DA1 i fotosensor a la llum del dia al transistor VT2.
El circuit descrit es produeix com un kit per Master Kit. El kit conté tots els components de ràdio necessaris, una placa de circuit acabada i una carcassa per muntar el dispositiu, que es mostra a la figura 5. El kit també inclou instruccions per muntar i configurar el dispositiu.
Tot i que en general es considera que el circuit és senzill, i amb un muntatge lliure d’errors de peces reparables, hauria de començar a funcionar immediatament, vull cridar l’atenció sobre el fet que té una potència sense transformació. Per tant, durant el muntatge i la posada en servei, heu de tenir molta cura, complir les normes de seguretat i, encara millor, fer servir un transformador d’aïllament.
Figura 5. Estoig del kit Master Kit
El circuit entra completament en el mode de funcionament en un minut i mig després de l’encesa, per tant, s’ha de fer tota la configuració un cop passat aquest temps. La configuració és senzilla i es redueix a la configuració del temps de retard necessari mitjançant la resistència R22, i amb l'ajuda de la resistència R23 es selecciona el llindar del sensor de llum.
El llindar del propi sensor de moviment està determinat pel valor de la resistència R11.Si és necessari augmentar la sensibilitat, el seu valor pot reduir-se una mica. En conseqüència, amb un gran nombre de falsos positius, haureu de canviar el valor en la direcció de l’augment.
La figura 6 mostra un altre diagrama d’un sensor de moviment infraroig, molt similar al circuit que es mostra a la figura 3.
Figura 6. Sensor de moviment per infrarojos. Opció 2 (feu clic a la imatge per ampliar-la)
Un esquema similar està equipat amb una làmpada de cerca amb una làmpada halògena en forma d’un sol dispositiu i s’instal·la, per regla general, a les entrades de llars particulars. El seu propòsit és encendre la llum al pati quan arribin els propietaris de la casa i, a més, avisar els propietaris sobre la penetració dels hostes, inclosos els no convidats, al territori. El propi esquema és molt similar a l’anterior i compleix les mateixes funcions, per la qual cosa no cal una descripció detallada. Allotgem-nos només sobre nodes individuals.
Com a sensor d’infrarojos, s’utilitza un fototransistor PIR D203C, el senyal del qual s’alimenta al xip DA1, el mateix que al circuit anterior. La sensibilitat del sensor s’ajusta mitjançant una resistència variable VR3. El sensor de llum es realitza en un fotorresistor CDS que, mitjançant el transistor de llum del dia VT2, bloqueja el funcionament del transistor VT1, que inclou un relé de control de càrrega. Per tant, durant el dia, la inclusió del cercador no es produeix.
Igual que l’anterior, el circuit conté un retard de temps, que es realitza al condensador C14, el temps de descàrrega del qual està regulat per una resistència variable VR1. Els límits d’ajustament de temps s’indiquen directament al diagrama.
Un focus halògic amb sensor de moviment està dissenyat per a la instal·lació al carrer, de manera que els gats, gossos o altres animals petits poden caure a la zona de cobertura del sensor, a més de les persones. Això pot provocar un fals desencadenament dels sensors i la inclusió de la llum.
Per protegir-vos de tals falses alarmes, es recomana instal·lar una pantalla de protecció davant del sensor, que limitarà una mica el rang de visibilitat del dispositiu des de baix: n’hi ha prou de veure no tota la porta, sinó només la seva meitat superior, per distingir la persona que ha vingut.
En els sensors de moviment més complexos, es resol aquest problema microcontrolador integrat, que és força capaç de determinar la mida d’un objecte: una màquina, una persona o un ratolí. Per descomptat, aquests sensors són més cars.
Interruptors automàtics d’il·luminació amb sensors acústics
Per control de la llum a les entrades d’edificis d’apartaments també s’utilitzen interruptors acústics òptics. Els interruptors contenen un micròfon, un sensor òptic i un dispositiu clau de sortida.
La lògica del funcionament d’aquests interruptors és la mateixa que la dels infrarojos: durant el dia, el micròfon s’apaga per un sensor òptic, i a les fosques la il·luminació s’encendrà fins i tot amb sons insignificants a l’entrada. El temps d’exposició és d’aproximadament 1 minut, passat el llum s’apaga.
Amb la nova aparició de sons, el cicle es repeteix. La sensibilitat del micròfon és tal que agafa el so a una distància de 5 m, cosa suficient per a les condicions d’accés. Per descomptat, aquest sensor no es pot utilitzar al carrer, perquè la llum s'encén des de qualsevol so, per exemple, des d'un cotxe que passa.
Estructuralment, els interruptors acústics-òptics estan disponibles en dues versions: o bé com a unitat separada muntada en una paret o sostre o integrada en lluminàries de diversos dissenys. Aquests interruptors es mostren a les figures 7 i 8, respectivament.
Figura 7. Interruptor d’estalvi d’energia òptic-acústic EV-05
Figura 8. La làmpada EVS-01 amb un interruptor òptic-acústic integrat
El preu d’aquests interruptors, per regla general, és inferior als interruptors amb un sensor d’infrarojos, de manera que es poden recomanar per al seu ús en habitatges i serveis comunals, tot i que això no exclou la instal·lació de sensors d’infrarojos.
Llegiu també:Com triar, configurar i connectar un relé fotogràfic per a il·luminació exterior o interior
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: