Схема и принципы работы датчиков для включения света

Технические характеристики

В первую очередь надо решить, хотите вы фотореле для уличного освещения с выносным или встроенным датчиком света. Выносной датчик имеет небольшие размеры и его проще защитить от подсветки, самое же устройство можно поставить в доме, например, в щитке. Есть даже модели под дин-рейку. Фотореле со встроенным датчиком освещенности может стоять неподалеку от светильника

Важно только выбрать место так, чтобы свет от лампы не влиял на фотодатчик. Этот вариант удобнее, например, для светильников на солнечных батареях

Фотореле для уличного освещения с выносным датчиком (слева) и встроенным (справа)

Эксплуатационные характеристики

Определившись с типом датчика переходим к техническим параметрам:

• Напряжение питания — 220 В и ли 12 В. В основном выбирают по типу напряжения, питающего уличное освещение. Двенадцативольтовые можно также использовать с аккумуляторами.

• Режим эксплуатации. Реле для уличного освещения должно выдерживать все перепады температуры в вашем регионе. Лучше с запасом — на случай аномальных холодов или жары.

• Класс защиты корпуса. Для установки на улице выбирайте IP 44 и не ниже. Это означает, что корпус защищен от попадания твердых частиц размером более 1 мм и водяных брызг. Можно выбирать фотореле для наружной установки с большими цифрами класса защиты, с меньшими — нельзя. Для установке дома достаточно IP 23.
• Мощность нагрузки. Каждый датчик освещенности рассчитан на определенную мощность нагрузки. Лучше, если суммарная мощность подключенных осветительных приборов меньше на 20%. В таком случае устройство работает не на пределе возможностей, потому служит дольше.

Чтобы выбрать фотореле для уличного освещения эти характеристики обязательны. Правильный их выбор определяет работоспособность устройства. Но есть еще некоторые параметры, влияющие на корректность работы устройства.

Возможности настройки

Есть несколько регулировок, которые позволяют настроить работу фотореле в каждом конкретном случае. Проблема в том, что настройки производятся вручную, поворотом нужного регулятора и добиться абсолютно одинаковых параметров у нескольких устройств нереально. Всегда есть какие-то отличия в их работе.

• Порог срабатывания. Позволяет увеличить или уменьшить чувствительность. Снижать чувствительность надо в зимний период, когда свет отражается от снега. Также снижать чувствительность можно в городах, если неподалеку находятся ярко освещенные объекты.

• Задержка на включение и отключение (в секундах). Увеличивая задержку на выключение можно избавиться от ложных срабатываний при попадании на фотодатчик света от автомобильных фар. Задержка на включение не даст включить освещение при затемнении от тучи или тени от птицы.

• Регулируемый диапазон освещенности. С его помощью задается освещенность, при которой фотореле для уличного освещения подает питание (нижняя граница) и отключает его (верхняя). Этот диапазон может быть 2-100 Лк (2 Лк — это полная темнота), а может — 20-80 Лк (20 Лк — это сумерки, но очертание предметов еще видно).

При помощи этих настроек можно сделать работу фотореле для автоматического включения освещения участка комфортным, исключить ложные срабатывания.

Схема подключения датчика движения для освещения

Бытовые датчики движения для включения света представляют собой готовые блоки, которые достаточно просто подключить к сети и к нагрузке (обычно это лампа освещения), после чего они сразу начинают работать.

В комплекте всегда идет монтажная схема, в которой даже неподготовленному мастеру очень трудно сделать ошибку. После установки понадобится отрегулировать дальность срабатывания детектирования и время удержания сигнала, что легко сделать при помощи регуляторов, выведенных на заднюю или переднюю панель прибора.

Обычно датчик движения для включения света имеет три контакта: нулевой, вход и выход на лампу. Если нет возможности определить, какой из проводов нулевой, а какой фазовый – то ничего страшного не случится, если вы эти провода перепутаете. Работоспособность датчика от этого не изменится, но теоретически возрастает вероятность попадания фазы на металлические элементы (может вызвать ложное срабатывание).

Датчики движения могут полностью заменить электрический выключатель, однако чаще всего их подключают совместно. Существует три варианта подключения:

• без выключателя;
• выключатель принудительно включает свет;
• выключатель принудительно выключает свет.

Схемы подключения датчика движения

Рассмотрим схемы подробнее, перед тем как подключить датчик движения:

1. Если отсутствует ручной выключатель питания, то включение и выключение освещения полностью зависит от датчика движения (схема на рисунке 1). Такой вариант обычно применяется для освещения придомовой территории, площадки перед входной дверью, отдельных зон отдыха на дачном участке (подсветка бассейна, пруда, фонтана, беседки). При таком варианте датчик движения должен обладать еще и функцией «день-ночь». Тогда свет будет включаться от движения человека только после захода солнца или при недостаточном освещении контролируемой территории.
2. Принудительное включение света организовать очень просто: нужно соединить питание лампы в обход датчика движения (схема на рисунке 2). Принудительное включение удобно применять в рабочих комнатах или кабинетах. Человек, находящийся там, может читать книжку, писать или делать работу, стоя на одном месте, а свет не отключится в самый ненужный момент.
3. Вариант принудительного отключения света тоже несложно организовать. Выключатель просто ставится в цепи питания всей системы (схема на рисунке 3). Принудительное выключение больше подходит для жилых помещений. Нажав выключатель, владельцы могут не опасаться, что среди ночи датчик среагирует ярким светом на их движения во сне.

Где устанавливать?

Обратите внимание на место установки фотореле. Ошибка №2
При любой схеме подключения сам датчик не должен попадать в зону освещения светильника

Ошибка №2
При любой схеме подключения сам датчик не должен попадать в зону освещения светильника.

Поэтому в 90% случаев фотореле размещают над фонарем.

Если позволяет корпус прожектора, то можно даже закрепить непосредственно на нем.

В противном случае вся схема будет работать некорректно и возможны самопроизвольные срабатывания и моргания.

При этом на кратковременные вспышки, например свет фар от проезжающих машин, реле реагировать не должно, благодаря выставленной на заводе задержке по времени.

Если нет никакой возможности спрятать датчик как можно дальше от светильника, то хотя бы прикройте корпус со стороны фонаря фанерой или другой непрозрачной перегородкой.

Также некорректная работа возможна по истечении длительной эксплуатации. Связано это с тем, что колпачок фотореле постепенно загрязняется и темнеет, пропуская со временем уже другое количество солнечных лучей через себя.

В результате резко меняются пороги срабатывания. Если это обычная грязь и пыль, то проблема легко решается влажной очисткой. А вот когда чернеет от времени пластик, тут уже поможет только замена защитного колпачка или всего прибора целиком.

Еще часто в таких реле сгорает стабилитрон. Это их главное слабое место.

Также при выборе фотореле обращайте внимание на температуру эксплуатации. К примеру, те же ФР-601 хорошо работают до -25С, а потом у них начинаются проблемы

В этом случае вам опять поможет обычный выключатель света. Только в схеме его нужно подключать иначе, чем рассматривалось выше.

Фаза через него должна проходить напрямую к светильнику. Это своего рода перемычка на тот случай, если датчик не сработал или вышел из строя.

Свет будет зажигаться обычным щелчком выключателя, ровно также, как и все лампочки у вас дома.

Также в паспортных данных таких фотореле указана степень защиты — IP44.

Это означает, что датчики можно спокойно использовать на улице. Они защищены от брызг и капель дождя.

Однако обращайте внимание на правильное расположение прибора. Ошибка №3
Например, отдельные модели можно устанавливать только вниз «головой»!

Ошибка №3
Например, отдельные модели можно устанавливать только вниз «головой»!

У них в защитной крышечке присутствует отверстие, через которое влага запросто может проникать во внутрь устройства.

Как сделать своими руками?

Собрать такой датчик довольно просто, но надо всё же понимать, что у проекта есть как положительные моменты при реализации, так и отрицательные.

Из положительных:

• невероятная экономия ресурсов и финансов;
• не нужно дополнительное обслуживание и помощь мастера для настройки;
• все рассчитывается конкретно для вас и под ваши условия проживания или местности;
• если все собрано верно и датчик работает, вы сэкономите на электроэнергии.

Отрицательные моменты:

• с первого раза может не получиться, будет много проб и ошибок;
• если что-то припаять неправильно, то поправить уже не получится, останется только искать новый корпус и детали;
• поиск этих деталей иногда гораздо муторнее, чем просто сходить в магазин и купить готовое изделие.

Если вам все же захотелось собрать датчик движения самому, то начинайте процесс с поиска схемы. Для примера можете использовать очень легкую схему, представленную ниже:

Доплеровский датчик — самый простой в изготовлении, и мастерить его можно из подручных средств.

Можно изготовить прибор для включения света и по другой схеме. Великих познаний физики и электроники не понадобится, и при соблюдении указаний данной статьи, не возникнет никаких трудностей.

Понадобятся:

• блок питания с проводами разной длины;
• паяльник;
• лазер (продается в любом магазине для дома или FIX PRICE);
• шурупы и фотодиоды;
• резистор (подстроечный);
• вольтметр;
• реле.

После того как добыли все нужные детали, можно приступать к сборке. Необходимо чётко следовать плану.

1. Срезать разъемы с блока питания, а потом при помощи вольтметра найти плюс.
2. Взять резистор на 10 кОм и припаять его к плюсу.
3. Припаять катод фотодиода к плюсу самого резистора, затем припаять анод фотодиода.
4. Присоединить к минусу эмиттер транзистора VT1.
5. Эмиттер VT2 припаять к минусу резистора.
6. Припаять коллектор VT2 к контакту устройства для коммутации электрических цепей.
7. Второй контакт герконового реле присоединить к блоку питания. Используйте лазерную указку и присоедините еще пару проводов к блоку питания, чтобы сэкономить.
8. Теперь понадобится уплотнительная сантехническая прокладка. В неё необходимо вставить шуруп, чтобы его шапочка была внутри лазерной указки.
9. К шурупу приделать один провод, а второй просунуть между корпусом указки и прокладкой.
10. Убедиться, что все пункты выполнены и всё собрано правильно.
11. Включить прибор для тестирования и работы над ошибками, если таковые обнаружатся.

Теперь у вас свой прибор, реагирующий на свет, сделанный самостоятельно. Можно попробовать сделать и датчик движения для сигнализации. У вас будет собственная охранная система, на сборку которой не уйдет много времени.

Инфракрасный датчик для этого подойдет идеально, и смастерить его не составит большого труда. Он абсолютно безопасен как для человека, так и для зверей, и надежен в эксплуатации.

Нужно раздобыть:

• герконовое поле;
• провода (питающие);
• фотодиод;
• корпус;
• транзистор типа n-p-n;
• резистор (подстроечный).

Когда все детали найдены, делаем монтаж. Наш резистор будет регулировать чувствительность, а функции сравнивающих реле выполнит стабилитрон. Подготовим антенну. От окисления нужно отполировать ее и натереть ацетоном. Обмотать катушки проводами, зафиксировать втулку в центральном проёме.

В подготовленный корпус (можно взять старый какой-нибудь от бытового прибора) поместить сделанное устройство, только до этого проделать дырочки для того, чтобы закрепить конструкцию и для лучшей видимости светодиодов. Затем присоединить лампу дневного освещения.

Технические характеристики устройств

В технических характеристиках беспроводных моделей есть еще частота, на которой они работают и тип элементов питания

Технические характеристики указываются в технической документации (в паспорте), которая сопровождает любое техническое изделие, иначе вряд ли удастся подобрать необходимый прибор.

Угол обзора

Существуют изделия с различным углом обзора, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Если необходимо защитить объект с различных сторон, то применяются датчики с углом обзора вплоть до 360 градусов. В случае крепления датчика на стене, достаточно устройства с углом обзора в 180 градусов. Если предполагается установить датчик на столбе, то лучше отдать предпочтение углу обзора в 360 градусов. В данном случае, все зависит от того, какую площадь и какой объект или группу объектов планируется защитить. При установке в квартире, для защиты отдельных комнат, выбирают датчики с меньшим углом обзора, порядка 90 градусов.

В зависимости от места установки и требуемой зоны обнаружения выбирают радиус обзора

При наличии в комнату одного входа, достаточно установки датчика с узким углом обзора, в противном случае приходится устанавливать несколько датчиков с узким углом обзора или один датчик с широким углом обзора. При этом следует помнить, что подобные датчики стоят недешево, поэтому всегда нужно ориентироваться на экономическую целесообразность.

Существует и такое понятие, как угол обзора по вертикали. В простых, недорогих моделях этот показатель составляет не больше 20 градусов. У более дорогих моделей этот показатель значительно выше и может составлять все 180 градусов. Подобные устройства применяются в охранных системах, где подобные затраты оправданы. В системах освещения достаточно самого простого и дешевого устройства. Главное, чтобы датчик был установлен на нужной высоте и включал освещение при определенных условиях.

Радиус действия

Дальность действия следует подбирать с запасом

Выбор датчика движения по дальности действия зависит от того, где он будет установлен: на улице или в помещении. Для помещений достаточно устройств с радиусом действия порядка 5-7 метров. В случае установки датчика во дворе или в другом месте, необходимо учитывать некоторые факторы, иначе возможны ложные срабатывания. Датчики с большим радиусом действия могут срабатывать при движении людей по улице, при появлении соседа в своем дворе и т. д. Поэтому в таких случаях лучше останавливать свой выбор на устройствах с минимальным радиусом действия.

Мощность подключаемых источников освещения

Мощность датчика следует расчитывать с запасом

Каждый датчик рассчитан на определенную мощность нагрузки, которую он может включать/выключать без аварийных режимов. В противном случае устройство просто выйдет из строя, так как не выдержат элементы управления.

В последнее время этот показатель не имеет столь критического значения, поскольку люди переходят на более экономные лампы, вроде энергосберегающих или диодных.

Способ крепления и выбор места установки

Чаще всего датчики крепят на стену

Датчики движения могут отличаться еще и способом крепления. Поэтому существуют:

• Корпусные изделия, в виде небольшой коробочки с кронштейном. Такие модели крепятся:
• На потолке.
• На стене.
• Встраиваемые модели, предназначенные для скрытой установки.

Такие модели отличаются тем, что имеют небольшие размеры, что позволяет их установить незаметно для окружающих.

Если необходимо просто включать/отключать освещение в нужном месте, то можно обойтись более дешевыми корпусными устройствами. Встраиваемые датчики в миниатюрном исполнении больше подойдут для охранных систем, тем более что они еще и дорогие.

Дополнительные возможности

Некоторые модели, в зависимости от назначения и условий эксплуатации, имеют дополнительные функции. К таким функциям следует отнести:

• Порог чувствительности. Он реализован с помощью датчика освещенности, в виде фотореле. Особенно полезен этот датчик при установке устройства на улице. Эта функция необходима для того, чтобы устройство включало освещение только в темное время суток.

• Защита от животных. Естественно, что в каждом частном дворе имеются коты и собаки. Функция необходима для того, чтобы уменьшить количество ложных срабатываний при движении животных. Если во дворе большая собака, то эта функция может и не действовать.

• Задержка отключения. Устройства бывают разные, как с задержкой, так и без нее. В большинстве случаев эта функция регулируется. Достаточно неудобно, если человек часто перемещается в зоне действия датчика, при этом он также часто ее покидает, и датчик движения также часто включает и выключает освещение.

Схемы подключения фотореле для уличного освещения

Главная функция фотореле – это подача электропитания с наступлением темноты и его отключение с рассветом. Таким образом, это автоматический выключатель, который действует без вмешательства человека. Роль кнопки отключения играет светочувствительный элемент. Схема подключения фотореле аналогична: на прибор идет подача фазы, прерывается на выходах, а при необходимости цепь замыкается, вследствие чего напряжение подается на лампы или прожекторы.

Статья по теме:

Для обеспечения работы фотореле тоже требуется электропитание, поэтому на определенные контакты подсоединяют ноль. Так как освещение предполагается в открытой местности, есть необходимость подключения заземления.

Важно правильно соединить проводники, выходящие из корпуса самого регулятора с лампой и сетью

К сожалению, нет универсальной схемы подключения, которая подошла бы ко всем типам фотореле, но определенные моменты характерны для всех операций. Их необходимо учитывать, особенно в случае установки фотореле своими руками.

Практически во всех моделях реле на выходе имеет три разноцветных провода, которые соответствуют таким обозначениям:

• черный – фаза;
• зеленый – ноль;
• красный – фаза, коммутирующая на источник света.

Для обеспечения дополнительных функций можно приобрести фотореле с датчиками движения или таймерами

Пошаговая инструкция подключения фотореле для уличного освещения

Приведенная ниже инструкция подскажет, как поэтапно, быстро и правильно подключить фотореле:

1. Предварительная установка распределительного щитка. Обычно его монтируют на стене, в нем осуществляют соединение проводников.
2. Подключение фотореле согласно схеме, которая находится в техдокументации, прилагаемой к самому устройству. Обычно в качестве крепежа используют кронштейн. Его устанавливают в месте, где на реле будут попадать прямые лучи солнца, но при этом изолированы другие источники света.
3. Корректировка системы с использованием регулятора, то есть выбор параметров реагирования прибора на конкретные условия изменения освещенности.
4. Установка регулятора производится на внешней части устройства с соответствующими техническими характеристиками: диапазон чувствительности – 5-10 лм; мощность – 1-3 кВт, порог допустимого тока – 10А.

Если прибор монтируют в середине электрощитка со сложной конструкцией, куда не проникают солнечные лучи, то реле и выключатель устанавливают отдельно друг от друга. Соединяют части устройства между собой специальными кабелями.

Подключается фотореле согласно схеме, которая находится в техдокументации, прилагаемой к самому устройству

При установке уличного освещения рекомендуется соблюдать такие правила:

1. Прибор с внешним фотоэлементом лучше размещать таким образом, чтобы исключить прямое попадание света от устанавливаемого светильника. В ином случае устройство будет работать с ошибками.
2. Чтобы проверить, правильно подключена схема или нет, необходимо подсоединить пускатель к электросети. Результат будет ясен при срабатывании светильника.

Нюансы в схемах подключения датчика света

Тот факт, что фотореле подбирается с учетом предполагаемой нагрузки, может отразиться на стоимости изделия: в зависимости от мощности возрастает цена. Поэтому с целью экономии средств можно обеспечить подачу питания не через фотодатчик, а посредством магнитного пускателя. Это специальный прибор, предназначенный для частого срабатывания режимов вкл./выкл. Использование пускового механизма позволяет подключить питание, применив фоточувствительный элемент с минимальной нагрузкой.

Таким образом, фактически происходит включение исключительно магнитного пускателя, поэтому во внимание берется только мощность, потребляемая им. А вот уже на выводах магнитного пускателя допускается использование более мощной нагрузки

С целью экономии средств можно обеспечить подачу питания не через фотодатчик, а посредством магнитного пускателя

В том случае, когда, помимо датчика день/ночь, необходимо подсоединить устройства с дополнительными функциями, например, таймер либо датчик движения, то их устанавливают после монтажа фотореле. При этом порядок очередности дополнительных приборов неважен.

Если функция таймера или датчика движения предусмотрена в строении устройства, но она не нужна в конкретном случае, то эти приборы просто исключают из общей схемы, то есть к ним не подводят провода. При этом в случае надобности эти элементы устройства можно будет подключить.

Методы защиты детекторов движения от помех

Специальный светофильтрующий пластик внешних линз позволяет защитить пироэлемент от белого света, для защиты от насекомых между пироприемным элементом и линзой монтируют герметичную камеру.

Некоторые модели детекторов имеют специальную линзу, с зоной нечувствительности до 1 м от пола, что вполне достаточно для небольших домашних животных. Для защиты от электромагнитных помех используется экранирование.

Наиболее эффективные методы защиты от ложных срабатываний заключены в правильной настройке чувствительности и алгоритмах обработки внешних сигналов.

Одной из таких функций является термокомпенсация, которая автоматически повышает чувствительность датчика, когда температура окружающей среды находится в диапазоне 25-350С. Дополнительно применяется функция антимаскинга, которая предупреждает о заклеивании поверхности линзы датчика.

Так же практически все современные модели оборудованы реле вскрытия, которое сигнализирует о взломе устройства.

Оптические элементы

Чувствительность детектора зависит от процента перекрытия площади луча. Соответственно на расстоянии 15-20 м для выявления объекта размером с человека необходим луч шириной не более 100.

Но при приближении к устройству уровень чувствительности будет возрастать, и с расстояния 5 м тревогу может поднять обычная мышь.

Для распределения равномерности чувствительных зон оптические элементы формируют несколько секторов излучения с различной шириной и направлением под разными углами. Само устройство, как правило, крепиться немного выше человеческого роста.

Следовательно, весь объем зоны обнаружения, разбит на несколько секторов, с различной степенью чувствительности лучей, подобранных таким образом, чтобы общая чувствительность устройства не изменялась от удаления или приближения к нему.

Проблема равномерности чувствительности пассивных ИК-датчиков движения, решается с помощью оптических рассеивателей.

	Линза Френеля — это полимерная пластинка или полусфера, на поверхности которой отштампованы целиком или сегментарно призматические линзы. Этот элемент применяется в большинстве моделей, так как имеет ряд преимуществ, среди которых: дешевизна, простота и надежность конструкции устройства, возможность быстрой замены поврежденного элемента.
	Зеркальная оптика – применяет достаточно сложную систему зеркал со специальным покрытием (черное зеркало), сегменты расположены под различными углами для покрытия разного фокусного расстояния.

Такая система может быть настроена более точно, что дает возможность увеличения ее чувствительности на дальних дистанциях до 60%. Кроме того, сегментная структура позволяет легче настроить защиту ближней «саботажной» зоны.

Использование триплексной технологии в зеркалах позволяет использовать инфракрасные датчики движения в помещениях, где есть домашние питомцы.

Современные высокоэффективные модели используют комбинацию обеих систем, где линза Френеля контролирует среднюю зону, а устройства зеркальной оптики дальние подходы и саботажную зону.