Человеческое тело является источником инфракрасного излучения. Это свойство используется для создания пассивных датчиков движения в системах автоматического включения освещения и охраны помещений. Такие датчики реагируют на малейшие изменения теплового излучения, вызываемые перемещением предметов в охраняемом помещении. Устройства называются пироэлектрическими датчиками и состоят из инфракрасного приемника теплового излучения и предварительного усилителя на полевом транзисторе. Для снижения уровня помех перед фотоприемником обычно устанавливается светофильтр, пропускающий излучение только в диапазоне длин волн 5-14 мкм, наиболее характерном для излучения человеческого тела.

Чтобы обеспечить защиту от ложных срабатываний, в более сложных датчиках инфракрасный приемник выполняется в виде двух одинаковых приемников, включенных навстречу друг другу. При таком включении напряжения, генерируемые в фотоприемниках от внешней засветки и изменения температуры корпуса датчика, вычитаются и практически полностью компенсируются. Таким образом, устройства реагируют только на изменения инфракрасного излучения и являются датчиками движущихся объектов. Не стоит думать, что такой датчик реагирует на перемещение только нагретых объектов. Так как в помещении всегда присутствует неравномерный тепловой фон, то перемещение даже не нагретого объекта приводит к изменению теплового фона и срабатыванию датчика движения. Примером такого датчика является пироэлектрический датчик IRA-E710 производства компании Murata. Его схематическое устройство показано на рис. 1.
 

 

Рис. 1. Устройство пироэлектрического датчика IRAE710

В качестве исполнительного элемента использован симистор. В состав устройства входит также датчик внешней освещенности, его можно настроить таким образом, что дополнительное освещение включается только при недостатке естественного. Время, на которое включается освещение, можно регулировать в широких пределах. 

• Напряжение питания 220 В ±10%;
• Максимальная мощность лампы 500 Вт;
• Время включенного состояния от 5 с до 5 мин;
• Дальность срабатывания: 3...5м;
• Размер печатной платы: 82х40 мм;
• Габариты корпуса: 85х50х35 мм.

Время включенного состояния измеряется от последнего зарегистрированного движения в зоне обнаружения датчика.

Принципиальная электрическая схема устройства показана на рис. 2, а перечень элементов показан на принципиальной схеме.

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная

Схема работает следующим образом. Инфракрасное излучение принимается пироэлектрическим приемником PIR1. Так как такой приемник реагирует только на изменение уровня ИК-излучения между площадками приемника, то перед ним устанавливается модуляционная решетка, состоящая из узких горизонтальных прозрачных и непрозрачных полосок. Тепловой объект, перемещаясь поперек них, оказывается поочередно закрыт/открыт для фотоприемника. Это вызывает появление на выходе фотоприемника переменного напряжения, которое является признаком движущегося объекта. Подбирая ширину модулирующих полосок, можно добиться максимальной чувствительности прибора для объектов заданного размера, а изменяя размер окна модуляционной решетки, можно оптимально сформировать зону обслуживания прибора.

Питание на встроенный усилитель пироэлектрического приемника подается через сглаживающий фильтр R1, C1. Выходной сигнал снимается с вывода 2. Резистор R19 является внешней нагрузкой встроенного полевого транзистора. Далее сигнал поступает на усилитель с коэффициентом усиления примерно 150, собранный на DA1 (выводы 1, 2, 3). При отсутствии движения в зоне действия датчика напряжение на выходе ОУ будет неизменным. При появлении движущихся объектов на выходе ОУ появляется переменная составляющая, которая через конденсатор С2 поступает на второй каскад усиления на DA1 (выводы 12, 13, 14). Этот каскад имеет усиление около 100. Далее сигнал подается на компаратор, собранный на DA1 (выводы 8, 9, 10) и имеющий порог срабатывания, задаваемый резистивным делителем R8, R11, R20. В исходном состоянии напряжение на выходе компаратора близко к 0, и конденсатор С7 разряжен. Если переменная составляющая сигнала от датчика движения превышает порог срабатывания компаратора, то на его выходе появляется сигнал высокого уровня, который быстро заряжает времязадающий конденсатор С7. Диод VD5 не дает разрядиться конденсатору С7 через низкое выходное сопротивление компаратора. Разряд конденсатора происходит через последовательно соединенные резисторы R14, R22. При помощи переменного резистора R22 время разряда можно изменять от 5 с до 5 мин. Конденсатор С7 подключен к неинвертирующему входу второго компаратора, собранного на DA1 (выводы 5, 6, 7). Порог срабатывания этого компаратора задается резистивным делителем R9, R13. Сигнал с выхода этого компаратора поступает на усилитель на транзисторе VT1 и далее на управляющий вывод полупроводникового симистора, который подает напряжение на нагрузку. Время включенного состояния нагрузки определяется суммой продолжительности действия сигнала с датчика движения и постоянной времени разряда цепи С7, R14, R22.

Помимо инфракрасного датчика движения, в устройстве установлен фотоприемник видимого света - фотодиод типа ФД263. На фотодиод, включенный в обратном направлении, через резисторы R15, R23 подается напряжение питания. Напряжение с образовавшегося делителя поступает через резистор R23 на базу транзистора VT2. Пока внешняя освещенность мала, напряжение на базе транзистора высокое, и он не оказывает никакого влияния на работу схемы. При достижении порогового уровня освещенности напряжение на базе транзистора падает, снижается напряжение на его эмиттере, и через диод VD9 он блокирует прохождение сигнала с датчика движения. Внешняя освещенность, при которой происходит блокировка включения лампы по датчику движения, регулируется переменным резистором R23.

Если произошло включение лампы по датчику движения, то работа схемы контроля внешнего освещения блокируется при помощи диода VD8. При выключении лампы конденсатор С10 обеспечивает задержку включения схемы контроля внешнего освещения на 2-3 с, что помогает предотвратить ложные переключения во время переходных процессов при выключении нагрузки.

Устройство получает питание от бестрансформаторного блока питания, состоящего из выпрямителя на R21, R18, C9, VD4, VD6, C8 и двухступенчатого стабилизатора на VD3, R2, C3, VD1.

Устройство собрано на печатной плате размером 82х40 мм, которая устанавливается в пластиковый корпус с поворотным кронштейном, который позволяет сориентировать требуемым образом положение приемного окна прибора после его установки.

Внешний вид устройства показан на рис. 3. Пироэлектрический датчик показан на рис. 4. 

Рис. 3. Внешний вид устройства 

Рис. 4. Внешний вид пироэлектрического датчика

Прямоугольное окно ИК-приемника располагается вертикально. В процессе эксплуатации необходимо будет установить желаемое время работы освещения (резистором R22) (см. рис. 5) и порог внешней освещенности (рис. 6), при котором свет не включается (резистором R23). Нужно иметь в виду, что время работы освещения отсчитывается от момента последнего обнаруженного движения в зоне работы датчика. Также нужно учитывать, что устройство полностью выходит на режим только через 0,5-1 мин после подачи на него питания. Поэтому все установки можно делать только по истечении этого времени. 

Рис. 5. Регулировка желаемого времени освещения 

Рис. 6. Регулировка порога внешней освещенности 

Порог срабатывания датчика движения определяется номиналом резистора R11. Поэтому при повышенном уровне ложных срабатываний устройства значение номинала этого резистора рекомендуется увеличить, а при необходимости повышения чувствительности устройства его можно несколько уменьшить.

Вариант установки прибора над коридорной дверью рядом с осветительной лампой показан на рис. 7.

Рис. 7. Типовой вариант установки прибора (Дверь квартиры закрыта, лампа не горит)

Рис. 8. Дверь квартиры открывается, срабатывает датчик движения и лампа загорается

Прибор реагирует на пересечение движущимся объектом линий модуляционной решетки, поэтому он должен устанавливаться таким образом, чтобы движущийся объект пересекал ее. Поэтому прибор лучше ставить сверху на стене или потолке, так, чтобы он решетчатым окошком «смотрел» на зону обнаружения, а движущиеся объекты перемещались преимущественно поперек решетки. Если необходимо, чтобы прибор срабатывал при пересечении человеком определенной границы, то его можно установить вертикально, чтобы приемное окно смотрело поперек этой границы.

В качестве «движущегося объекта» автор применил открывающуюся входную дверь в квартиру.

Аналогично срабатывает датчик и на движение человека в коридоре квартиры. Ходить по коридору становится комфортнее. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Чтобы сэкономить время и избавить вас от рутинной работы по поиску необходимых компонентов и изготовлению печатных плат, МАСТЕР КИТ предлагает набор NM6013. Набор состоит из заводской печатной платы, всех необходимых компонентов и инструкции по сборке и эксплуатации.

Более подробно ознакомиться с ассортиментом нашей продукции можно с помощью CD-каталога «МАСТЕР КИТ-2007» и на сайте http://www.masterkit.ru, где представлено много полезной информации по электронным наборам и модулям МАСТЕР КИТ, приведены адреса магазинов, где их можно купить.

Наборы МАСТЕР КИТ можно купить в магазинах радиодеталей Вашего города.

Дополнительная информа­ция по тел.: (495) 234-7766;
e-mail: infomk@masterkit.ru;
почтовый адрес: Россия, 109044 Москва, МАСТЕР КИТ, А/Я 19.

Желаем Вам приятных покупок!