Interruptores de iluminação automáticos com sensores infravermelhos e acústicos

A moderna base elementar da eletrônica permite criar dispositivos simples em circuitos, mas com uma ampla gama de funções. Anteriormente, esses dispositivos estavam disponíveis apenas para uso em sistemas profissionais complexos e caros, e agora seu uso torna nossa vida cotidiana mais confortável e fácil.

Este artigo irá falar sobre dispositivos usando sensores infravermelhos. Uma vez que esses sensores eram usados ​​principalmente em sistemas de segurança, agora ninguém fica surpreso com as portas que se abrem na frente de cada pessoa que chega ou com a inclusão automática de iluminação na entrada. E tudo isso sensores infravermelhos! Freqüentemente são chamados sensores piroelétricos.

Sensor piroelétrico. Dispositivo e princípio de operação

Os sensores piroelétricos são, em princípio, passivos. Isso significa que eles não geram nenhum sinal eletromagnético, mas simplesmente são receptor infravermelhoPortanto, para os seres humanos, é absolutamente inofensivo.

Cada item é fonte de infravermelho, e o corpo humano nesse sentido também não é exceção. Os sensores piroelétricos são projetados de forma que não respondem à radiação infravermelha, seu valor absoluto, mas sim à sua mudança. Portanto, mesmo um leve movimento de um objeto, por exemplo, uma pessoa será detectada por esse sensor.

Como exemplo, considere o sensor piroelétrico IRA-E710 de Murata. Seu dispositivo é mostrado na Figura 1.

Figura 1. Dispositivo sensor piroelétrico IRA-E710

A base do sensor piroelétrico é uma fotocélula sensível ao infravermelho que produz um sinal elétrico proporcional à quantidade de radiação. Para combinar a fotocélula com o circuito e a amplificação inicial do sinal, é usado um transistor de efeito de campo.

Se o sensor for construído em apenas uma célula fotoelétrica, será acionado não apenas por objetos em movimento, mas também simplesmente pela temperatura externa, luz solar, radiadores e mudanças de temperatura do próprio sensor, ou melhor, do seu corpo.

Em outras palavras, a imunidade ao ruído desse sensor é muito baixa. Para aumentá-lo, os sensores piroelétricos são feitos com base em duas fotocélulas incluídas na direção oposta, como mostra a figura, o que permite compensar os fatores mencionados acima.

Esse sensor responde apenas a mudanças na magnitude da radiação, o que permite que ele seja usado como um detector de movimento. Uma confiabilidade ainda maior na operação do sensor é fornecida por um filtro de luz ajustado para um comprimento de onda de 5-14 mícrons. Essa radiação é mais característica do corpo humano.

No entanto, não se deve pensar que o sensor capta apenas o movimento de objetos aquecidos. Sempre há um certo fundo infravermelho na sala; portanto, mover qualquer objeto, mesmo com a temperatura ambiente, causa uma mudança no fundo geral e o sensor é acionado.

As desvantagens do sensor descrito incluem o fato de ser sensível apenas a movimentos transversais, isto é, de uma célula fotoelétrica para outra. Ao se mover pelas superfícies de ambas as fotocélulas, o sinal não será gerado. Portanto, ao instalar esses sensores, eles devem ser orientados de acordo, como será discutido acima.

Para se livrar de um efeito tão prejudicial em casos especialmente críticos, eles são desenvolvidos e aplicados. sensores baseados em quatro fotocélulas. É verdade que sensores desse tipo são mais complexos e caros, o que também complica o esquema de conexão e controle.

Os sensores estão disponíveis para montagem convencional e montagem em superfície (SMD). Sua aparência é mostrada na Figura 2.

Figura 2. Sensores IRA-E710. Aparência

O uso de sensores de movimento

Originalmente sensores de movimento destinado a criar sistemas de alarme contra roubo. Com o desenvolvimento da base do elemento, os sensores piroelétricos tornaram-se muito mais baratos e mais acessíveis, o que lhes permitiu serem utilizados para fins domésticos.

Está acima de tudo inclusão automática de iluminação, abertura de porta e gerenciamento de sistemas de videovigilância. Essa automação permite economizar uma quantidade significativa de eletricidade ou calor na sala. Quando usado em sistemas de vigilância por vídeo, é economizado espaço nos discos rígidos do computador que controla a operação do sistema de vídeo.

O algoritmo do interruptor automático de luz

Quando a luz é ligada automaticamente, por exemplo, em uma entrada, quando uma pessoa aparece no campo de visão do dispositivo, a iluminação deve acender e apagar após algum tempo. Enquanto uma pessoa estiver no campo de visão do dispositivo, a iluminação não deve desligar, a velocidade do obturador aumenta. À luz do dia, a inclusão automática de luz não deve ocorrer.

Os holofotes com um sensor de movimento projetado para instalação externa também funcionam exatamente: iluminando os portões e o quintal perto da casa, escadas na entrada da loja e em outros casos. Esses refletores estão disponíveis em conjunto com um sensor de movimento ou o sensor de movimento pode ser separado.

Um de circuitos de controle automático de iluminação mostrado na figura 3.

Figura 3. Esquema de controle de iluminação de um sensor de movimento (clique na imagem para visualizar o esquema em um formato maior)

Descrição do circuito

Como receptor de radiação infravermelha no circuito usado sensor piroelétrico PIR1. Diante de suas fotocélulas, é instalada uma treliça de modulação de faixas opacas e transparentes estreitas, localizada horizontalmente. Portanto, para um fotodetector, um objeto que se move através das faixas da grade de modulação é aberto ou fechado, o que causa o aparecimento de uma tensão alternada na saída do sensor.

O precedente é ilustrado na Figura 4, que mostra a localização correta do sensor. O tamanho do objeto detectado pelo dispositivo é determinado pela largura de banda da grade de modulação. Alterando a largura de banda, você pode ajustar a sensibilidade do dispositivo como um todo. A largura da faixa do dispositivo pode ser ajustada alterando o tamanho da estrutura de modulação da janela.

Figura 4. Diagrama de instalação do sensor de movimento

A potência do amplificador interno do sensor PIR1 é fornecida à sua saída 1 através do filtro R1C1. O sinal de saída do sensor é removido do pino 2 e alimentado à entrada não inversora do amplificador operacional 1 do chip LM324 do tipo DA1 DA1. Este chip possui quatro amplificadores operacionais (op amp) independentes um do outro. A única coisa que os une são as conclusões comuns do poder e o caso.

Um amplificador com um ganho de cerca de 150 é montado no OS1, ao qual o sensor PIR1 está diretamente conectado. Se não houver movimento na área de cobertura do sensor, na saída do OS1, um nível de tensão constante, aproximadamente metade da tensão da fonte de energia, é mantido.

Quando um objeto em movimento é detectado no campo de visão do sensor no terminal 2, aparece uma tensão alternada, que é amplificada pelo OS1. Na saída do OS1, um componente variável aparece, que é alimentado através de um capacitor C2 para o próximo estágio de amplificação realizado no OS2 com um ganho de aproximadamente 100.

Após esses estágios, o sinal amplificado até o nível necessário chega para a entrada do comparador no OU3 - pino 10 do chip DA1. O nível de resposta do comparador é determinado pelo valor dos resistores R8, R11, R20. No estado inicial, a tensão de saída do comparador é baixa.

Se na saída de ОУ2 - saída 14 - pulsos retangulares aparecerem que excedem o nível especificado de operação, na saída do comparador ОУ3 - saída 8 - um nível de alta tensão aparecerá, mais precisamente, os pulsos que carregam o capacitor C7. O diodo VD5 evita a descarga desse capacitor através da saída do comparador quando ele está baixo. Portanto, o capacitor só pode ser descarregado através do circuito serial R14 e R22. Usando um resistor variável R22, o tempo de descarga pode ser ajustado em 5 segundos ... 5min.

A tensão acumulada no capacitor C7 é fornecida à entrada não inversora do segundo comparador feito no OS4, cujo nível de resposta é definido pelo divisor R9, R13. O sinal de saída deste comparador é alimentado à base do transistor VT1, que, usando triac VD2 conecta a carga.

O tempo de resposta do comparador no OS4 é determinado pelo tempo de carga do capacitor C7, que aumenta pelo tempo de resposta do sensor: até que o movimento no campo de visão do dispositivo pare, o capacitor C7 será recarregado. Assim, enquanto alguém estiver se movendo na sala, a iluminação não será garantida.

Para que a iluminação não acenda durante o dia, o dispositivo contém um sensor de luz produzido em um fotodiodo VD7 do tipo FD263, que é ligado na direção oposta. Os modos de operação são definidos pelo divisor R15, R23.

A tensão do motor do resistor variável R23 é fornecida à base do transistor VT2. Enquanto o fotodíodo escuro está fechado na sala e a tensão na base do transistor VT2 é alta, ele é fechado e não afeta a operação do circuito.

Com o aumento da iluminação, o fotodiodo se abre e a tensão na base do VT2 cai, o que leva à sua abertura. Um transistor aberto através de um diodo VD9 desvia o sinal da saída do amplificador operacional 2 para a entrada do comparador no amplificador operacional 3. Portanto, o capacitor C7 não carrega e a iluminação também não é ligada.

Para impedir que o sensor de luz do dia acenda a luz que chegou no dia, sua operação é bloqueada através do diodo VD8 conectado à saída do comparador na OU4. O capacitor C10 fornece um atraso na ativação do sensor de luz ambiente quando a lâmpada é acesa, evitando assim alarmes falsos do sensor.

O poder do dispositivo é sem transformador. Através do capacitor de têmpera C9, a tensão da rede é fornecida a um retificador feito nos diodos VD4 e VD6. A ondulação da tensão retificada é suavizada pelo capacitor C8, e a tensão é estabilizada em 16V pelo diodo Zener VD3. Essa tensão é usada para alimentar o estágio principal do transistor VT1, que controla a operação do interruptor de energia no triac VD2.

Um regulador de tensão paramétrico de 9,1V é montado nos elementos R2, C3 e VD1, que é usado para alimentar todos os nós do dispositivo: um sensor PIR, microcircuito DA1 e fotossensor da luz do dia no transistor VT2.

O circuito descrito é produzido como um kit pelo Master Kit. O kit contém todos os componentes de rádio necessários, uma placa de circuito acabada e um compartimento para montagem do dispositivo, mostrado na Figura 5. O kit também inclui instruções para a montagem e configuração do dispositivo.

Embora, em geral, o circuito seja considerado simples, e com uma montagem livre de erros de peças que possam ser reparadas, ele comece a funcionar imediatamente, quero chamar a atenção para o fato de ter energia sem transformador. Portanto, durante a montagem e comissionamento, você deve ser extremamente cuidadoso, cumprir as normas de segurança e, melhor ainda, usar um transformador de isolamento.

Figura 5. Caixa do kit Master Kit

O circuito entra totalmente no modo de operação de um a meio e dois minutos após a ligação, portanto, todas as configurações devem ser feitas após esse tempo. As configurações são simples e são reduzidas para definir o tempo de atraso exigido pelo resistor R22 e, com a ajuda do resistor R23, o limiar do sensor de luz é selecionado.

O limiar do próprio sensor de movimento é determinado pelo valor do resistor R11.Se for necessário um aumento na sensibilidade, seu valor pode ser um pouco reduzido. Assim, com um grande número de falsos positivos, você terá que alterar o valor na direção do aumento.

A Figura 6 mostra outro diagrama de um sensor de movimento infravermelho, que é muito semelhante ao circuito mostrado na Figura 3.

Figura 6. Sensor de movimento infravermelho. Opção 2 (clique na imagem para ampliar)

Um esquema semelhante é equipado com um holofote com uma lâmpada de halogênio na forma de um único dispositivo e é instalado, via de regra, nas entradas de residências particulares. Seu objetivo é acender a luz no quintal quando os proprietários da casa chegarem, além de alertar os proprietários sobre a penetração de convidados, inclusive os não convidados, no território. O esquema em si é muito semelhante ao anterior e executa as mesmas funções; portanto, não é necessária uma descrição detalhada. Vamos nos concentrar apenas em nós individuais.

Como sensor infravermelho, é usado um fototransistor PIR D203C, cujo sinal é alimentado no chip DA1, o mesmo que no circuito anterior. A sensibilidade do sensor é ajustada por um resistor variável VR3. O sensor de luz é feito em um fotorresistor CDS, que, através do transistor VT2 da luz do dia, bloqueia a operação do transistor VT1, que inclui um relé de controle de carga. Portanto, durante o dia, a inclusão do holofote não ocorre.

Como o anterior, o circuito contém um atraso de tempo, que é realizado no capacitor C14, cujo tempo de descarga é regulado por um resistor variável VR1. Os limites de ajuste de tempo são indicados diretamente no diagrama.

Um holofote de halogênio com sensor de movimento foi projetado para instalação na rua, para que gatos, cães ou outros animais pequenos possam cair na área de cobertura do sensor, além de pessoas. Isso pode causar um falso acionamento dos sensores e a inclusão de luz.

Para se proteger contra esses alarmes falsos, é recomendável instalar uma tela de proteção na frente do sensor, o que limitará um pouco a faixa de visibilidade do dispositivo a partir de baixo: basta ver não o portão inteiro, mas apenas a metade superior, para distinguir a pessoa que veio.

Em sensores de movimento mais complexos, esse problema é resolvido por microcontrolador integrado, que é capaz de determinar o tamanho de um objeto: uma máquina, uma pessoa ou um mouse. Obviamente, esses sensores são mais caros.

Interruptores de iluminação automáticos com sensores acústicos

Para controle de luz nas entradas dos prédios de apartamentos também são usados interruptores acústicos ópticos. Os comutadores contêm um microfone, um sensor óptico e um dispositivo de chave de saída.

A lógica da operação de tais interruptores é a mesma do infravermelho: durante o dia, o microfone é desligado por um sensor óptico e, no escuro, a iluminação acende mesmo com sons insignificantes na entrada. O tempo de exposição é de aproximadamente 1 minuto, após o qual a luz se apaga.

Com a nova ocorrência de sons, o ciclo se repete. A sensibilidade do microfone é tal que capta o som a uma distância de 5 m, o que é suficiente para condições de acesso. Obviamente, esse sensor não pode ser usado na rua, porque a luz acende de qualquer som, por exemplo, de um carro que passa.

Estruturalmente, os interruptores acústico-ópticos estão disponíveis em duas versões: como uma unidade separada montada na parede ou no teto ou embutida em luminárias de vários projetos. Tais comutadores são mostrados nas figuras 7 e 8, respectivamente.

Figura 7. Chave de economia de energia óptico-acústica EV-05

Figura 8. Lâmpada ЭВС-01 com interruptor óptico-acústico integrado

O preço de tais interruptores, em regra, é menor do que os interruptores com sensor infravermelho; portanto, eles podem ser recomendados para uso em serviços de habitação e comunitários, embora isso não exclua a instalação de sensores infravermelhos.

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