Устройство и характеристики микроволнового датчика движения

На что обращать внимание при выборе датчика

Разные модели могут иметь разное назначение. Некоторые предназначены только для управления внутренними осветительными приборами, другие более универсальны и могут использоваться для схем с электроприборами, с устройствами сигнализации, для уличного освещения.

Датчики могут быть с ограниченным и круговым обзором, иметь разные углы горизонтального и вертикального наблюдения. Устройства для подключения на стену контролируют зону под углом 110—120° или 180°по горизонтали и 15—20° по вертикали.

Модели с подвижным органом обзора существенно облегчают настройку, а вот стационарные не имеют такой возможности, поэтому для них нужно более тщательно выбирать место размещения.

У моделей с ограниченным обзором угол обзора может варьироваться и составлять от нескольких единиц до сотен градусов. При выборе устройства необходимо учитывать, какую площадь сможет контролировать прибор

Детекторы с круговым обзором могут охватывать контролируемую зону под углом в 360° по горизонтали. Их зона обзора имеет форму конуса, расширяющегося книзу. Несмотря на большую зону контроля, не просматриваемые участки (за пределами радиуса, в углах) в помещении все равно остаются.

Для установки датчика на улице или в помещениях с повышенной влажностью необходимо выбирать устройство с высокой степенью защиты от внешних факторов (пыли, влаги). Например, устройства с защитной степенью IP20 допустимо использовать только во внутренних помещениях с нормальной влажностью, с IP33 возможна установка на улице — на террасе, крыльце, беседке, с IP44 можно монтировать на улице, но защищать козырьком от попадания капель воды во время атмосферных осадков.

Устройство и конструкция инфракрасного датчика

Устройство датчика движения

Конструкция большинства устройств от разных производителей уникальна. Однако общая схема обязательно включает несколько элементов.

Оптическая система

Чаще всего это линза Френеля. Она представляет собой совокупность призматических фасеток – микролинз, закрепленных на выпуклую пластинку – цилиндр. Каждая линза фиксирует ИК-излучение на своем участке и передает данные на пирочувствительный элемент. Таким образом создается определенная конфигурация теплового объекта. Если последний не перемещается, она не изменяется. Но если объект движется, тот же ИК-поток при перемещении попадает уже на следующую микролинзу, и конфигурация изменяется. То есть, на пироприемник свет то падает, то нет. Это и есть условие срабатывания датчика: устройство реагирует на перемещение человека в поле действия.

Чем больше сегментов в линзе и чем выше их чувствительность, тем точнее работает ИК-датчик.

Пирочувствительные элементы

Сигнал с линзы идет на пироэлемент – преобразователь на полупроводниках. Он включает 2 сенсора, каждый из них получает сигнал от своей линзы. Если поток на обоих элементах одинаков – сенсор бездействует, если сигнал разный – срабатывает.

В современных моделях используют счетверенные сенсоры, обслуживающие 4 линзы. Они точнее отфильтровывают случайные световые помехи и исключают ложные срабатывания.

Обрабатывающий модуль

Блок обработки воспринимает информацию со всех пироэлементов и анализирует. Его задача – отделить данные о перемещающемся тепловом объекте от помех: движения воздуха, солнечных лучей, конвекции, возникающей при работе кондиционера или обогревателя, вибрации. Датчик должен срабатывать только на появление человека, а не на животных, что требует дополнительной настройки.

Обрабатывающий модуль оценивает форму и длительность сигнала, его амплитуду. Обычные помехи вызывают несимметричные двухполярные импульсы, нарушитель – симметричные. Если характер сигнала совпадает с пороговым значением, датчик срабатывает и подает импульс на управляющую панель. Последний обрабатывается аналоговыми или цифровыми устройствами и активирует какую-либо программу: включить свет, увеличить интенсивность, включить сирену.

Сравнение микроволнового датчика с инфракрасным

Микроволновый датчик движения имеет больше преимуществ по сравнению со своим инфракрасным аналогом. С его помощью можно одновременно управлять внутренним и наружным освещением, сигнализацией и бытовыми приборами. Помимо этого он способен фиксировать объекты даже при наличии препятствий в виде дверей, стекол, тонких стен и различных предметов, что позволяет монтировать микроволновый прибор под натяжными потолками, дверями или светильниками. В отличие от инфракрасных устройств такой датчик может выдерживать любую температуру, реагирует на малейшие шорохи и незначительные движения, а также имеет компактные размеры и изготовлен из безопасного пластика, не подверженного горению.

Приборы, работающие на микроволнах, обладают низкой коммутируемой нагрузкой, что дает возможность сочетать их с лампочками и осветительными приборами малой мощности. С их помощью можно экономить электроэнергию и снизить ее потребление на 40% за месяц благодаря автономной работе датчика.

Инфракрасные аналоги не имеют таких преимуществ, они слабо работают при сильном ветре, подвержены воздействию солнечных лучей, что влияет на их производительность и точность. Они не могут распознавать активность объектов, скрытых за стенами или другими предметами. При этом такие датчики безопасны для людей и животных, поскольку не выделяют вредные вещества в атмосферу в отличие от микроволновых устройств.

Микроволновый датчик движения

Датчик описанного типа является функциональным аналогом инфракрасного датчика движения, и может заменять его в системах автоматического включения освещения, открывания дверей, сигнализации и других подобных автоматических устройствах. Датчик был приобретен на Ru.aliexpress.com

Микроволновый датчик движения в продаже на Али

Датчик представляет собой две печатные платы, соединенные проволочными перемычками. Датчик имеет размеры 37 х 23 х 10 мм. В комплект входит соединительный трех-проводной кабель длиной 10 см. Масса датчика 5,7 г вместе с кабелем.

СВЧ датчик движения — плата

СВЕТИЛЬНИК С МИКРОВОЛНОВЫМ ДАТЧИКОМ

Идея включения света при обнаружении движения достаточно популярна и, в ряде случаев, оправдана. Чаще всего для этих целей используются инфракрасные (ИК) устройства, но есть исполнения светильников со встроенным микроволновым датчиком.

Какие плюсы и минусы мы имеем в этом случае?

1. Зона действия (обнаружения) датчика может быть круговой. Это позволяет использовать потолочную установку для освещения достаточно большой площади.

2. Вместе с тем, как говорилось ранее, устройство может реагировать на движение в соседних помещениях. Поэтому место для установки следует выбирать аккуратно, а лучше учесть этот момент на стадии выбора осветительного прибора.

3

Встроенные датчики избавляют пользователя от необходимости выполнения дополнительных подключений, что важно для людей, не искушенных в электрике

4. Но, при выходе из строя датчика движения, светильник невозможно будет использовать по прямому назначению, если в нем не предусмотрено ручное включение в обход детектора.

На что еще обратить внимание. В любом случае полезной будет возможность регулировки чувствительности микроволнового датчика

Это позволит частично или полностью нивелировать недостаток, изложенный в п.2

В любом случае полезной будет возможность регулировки чувствительности микроволнового датчика. Это позволит частично или полностью нивелировать недостаток, изложенный в п.2.

Еще один момент касается задержки времени выключения светильника.

Дело в том, что если движение в зоне обзора прекращается, то это не значит что свет больше не нужен. Человек может на какое то время остановиться, даже если это проходной коридор, не говоря уже помещениях другого назначения.

Безусловно, любой здравомыслящий производитель такую задержку в своей продукции реализует. Вопрос в том насколько это будет соответствовать конкретным условиям эксплуатации.

Поэтому оптимальным является наличие возможности регулировки этой величины.

Что касается выбора типа светильника, то для такого управления лучше подходят светодиодные модели.

Они:

• не инерционны;
• имеют низкое энергопотребление.

Последний пункт важен не столько с точки зрения экономии электроэнергии, сколько упрощает и удешевляет конструкцию, поскольку не требует мощных коммутационных устройств.

В целом, применение микроволнового датчика движения в системах освещения может оказаться вполне удобным и целесообразным решением.

2014-2021 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Принцип работы микроволнового датчика движения.

В отличие от инфракрасного датчика, где сигналом на включение является изменение тепловой обстановки, у микроволнового датчика принцип работы совсем другой. Как следует из названия, этот датчик реагирует на изменение радиочастотного (микроволнового, СВЧ) поля, которое сам и генерирует.

Микроволновый датчик движения ДДМ-01 излучает высокочастотные электромагнитные волны с частотой 5,8 ГГц или около того. Затем датчик реагирует на изменения в отражаемых волнах, которые могут вызваться перемещением объектов в контролируемой зоне. Причем, объект может быть не только теплокровным, живым, но и вообще любым. Главное – чтобы от него отражались радиоволны. А на таких частотах они отражаются от любого предмета, хоть и немного по-разному.

Используется принцип радиолокации, или радара, при котором объект не только обнаруживается ( в данном случае в этом нет необходимости), но и вычисляется его важнейшая характеристика – скорость. А если скорость не равна нулю, то объект движется, а если движется, то датчик срабатывает! Это называется эффект Допплера.

Датчик определяет движения объекта, как на приближение, так и на удаление. Причем, как показала практика, приближение прямо к датчику даёт бОльший эффект в смысле обнаружения, чем прохождение рядом. Опять же, “виноват” эффект Допплера, я писал выше, почему так происходит. Но всё это – весьма условно, о реальной зоне обнаружения будет сказано ниже.

Я изучал этот предмет почти 20 лет назад, немного подзабыл, и “путаюсь в показаниях”. Знатоки радиолокации и распространения радиоволн  – прошу в комментарии.

Пример установки

Расскажу, как я устанавливал такой датчик. Во-первых,

Схема подключения

Схема подключения указана на корпусе датчика:

Схема подключения на корпусе датчика

Белым по белому плохо видно, поэтому я нарисовал такую схему:

Схема подключения микроволнового датчика движения ТДМ ДДМ-01

Как видно из схемы подключения, она абсолютно соответствует схеме подключения обычного инфракрасного датчика движения – общий ноль, фаза вход и фаза выход. Ссылка в начале статьи.

Цвета проводов непринципиальны, но я привязался к расцветке проводов, которые указаны в инструкции (руководство по эксплуатации можно скачать в конце статьи) для датчика ДДМ-02.

Установка на стену

Передо мной стояла задача поставить датчик над потолком на стену в кладовке. Датчик стоит в углу, правая стена – коридор, левая – спальня, а справа в метре – стена соседской квартиры:

Установка микроволнового датчика в кладовке. Процесс монтажа

Вместо лампочки, как на схеме, у меня подключен блок питания на 12 В постоянного тока, от которого питаются светодиодные лампочки.

Лампочки удобны тем, что имеют распространенный цоколь для галогенок G4, и могут применяться там, где раньше стояли галогенки.

Светодиодные лампочки, включаются от датчика движения через блок питания

Все подключения я делал с помощью клемм Ваго, это быстро, просто и удобно. Защищена вся эта схема автоматом на 6 А.

Вот фото процесса монтажа поближе:

Подключение системы на основе ДДМ

Подключение блока питания. Клеммы

Подключение в распределительной коробке с помощью клемм Ваго

Как видно, коробка оказалась тесновата для такого количества подключений. Правда, тут ещё есть и подключение светильника на 220В, который включается независимо, от обычного выключателя:

Система освещения на основе микроволнового датчика движения

Светодиодные лампочки служат для дежурного освещения, когда кто-то проходит мимо. Свет при этом включается не только в кладовке, но и в соседнем коридоре, в котором постоянно оживленный трафик.

А светильник включают, когда нужен хороший свет в помещении.

Конечный вид всей конструкции выглядит так:

Расположение элементов системы освещения

Настройка зоны обнаружения

Казалось бы, такой простой вопрос не должен вызвать проблем.

В инструкции всё ясно-понятно:

Зона обнаружения, вид сбоку и сверху, инструкция к ДДМ-01.

Однако, гладко только на бумаге. Оказывается, что датчик “видит” движение не только впереди, как показано в инструкции но и сзади. Правда, чувствительность сзади примерно в 2 раза ниже, но всё же, в планы хозяев квартиры не входит, чтобы в коридоре включался свет, когда они встают с кровать в спальне.

Кроме того, как я уже говорил, в 1 метре находится соседская стена (полтора кирпича, на минуточку!). И когда сосед ночью идёт попить водички, в коридоре также может включиться свет!

Было много всего перепробовано для экранирования, например, пластина из жести и алюминиевая фольга:

Настройка зоны обнаружения

Однако, к особому эффекту это не привело. В результате таких манипуляций диаграмма обнаружения изменялась, но совершенно непредсказуемо. Видимо, влияли многочисленные переотражения от металла в этом месте – от экранов, от блока питания, металлических профилей гипсокартонных стен, и экранирование с целью скорректировать диаграмму ни к чему определенному не привело.

В результате, остановились на выборе ориентации датчика в пространстве, и на уменьшении чувствительности до оптимального порога (примерно 30% – вполне хватило для заявленной цели!).

Сфера применения датчиков

Рекомендуется устанавливать микроволновый датчик на улице, так как он негативно влияет на человека и животных

Благодаря способности «видеть» через внутренние и наружные стены или перегородки возможности датчиков заметно расширились. Их часто используют в качестве элементов частных и корпоративных охранных систем. Одного микроволнового прибора хватает для четырех помещений со смежными стенами и трех этажей в многоэтажном доме. Помимо этого такие устройства могут использоваться в качестве уличных детекторов для охраны внешнего периметра комнаты. Это позволяет заметно сэкономить расходы на обустройство комплексных систем типа ОПС, сократить количество приборов охранной сигнализации и объемы работ по монтажу.

Принцип функционирования микроволновых устройств не позволяет им работать в состоянии пассивного отслеживания. По этой причине их эксплуатация невозможна в автономном режиме на протяжении длительного времени. В качестве альтернативного варианта производители предлагают комбинированные СВЧ и ИК датчики, способные дублировать друг друга по двум отдельным каналам. Такой способ работы исключает ложные срабатывания приборов и возможность температурной маскировки движущихся объектов. Датчики этого типа хорошо подходят для наружной установки в домах, дачах, гаражах, квартирах и офисных зданиях.

Микроволновые датчики движения можно использовать для регулировки запуска фонтанов, управления подсветкой в бассейнах или искусственных водоемах, корректировки освещения возле входов зданий и охранных объектов.

Разновидности устройств и принцип работы

Существует несколько видов (ДД), отличных по принципу действия, а также месту монтажа и эксплуатации. Оборудование, предназначенное для установки снаружи домов, должно иметь степень защиты корпуса не менее IP 55, а для помещений – IP 22 и выше. Теперь рассмотрим различия этих устройств.

Существует несколько видов ДД управления светом

По типу питания

Для нормальной работы сенсорного оборудования требуется питание. По его типу различают следующие устройства:

• проводные. Запитка ДД осуществляется от бытовой сети 220 В;
• автономные. Для питания датчиков используются источники постоянного тока.

Самая большая группа, представленная на рынке – ДД проводного типа с подключением к сети с напряжением 220 В. Хотя автономных моделей меньше, но и они имеются в достаточном ассортименте. Такие устройства являются хорошим вариантом для включения освещения, которое работает от источников постоянного тока.

Датчик проводного типаАвтономная конструкция

По способу определения движения

Помимо типа питания, ДД различаются по принципу определения движущихся объектов. Итак, устройства для детекции используют:

• ультразвук;
• акустику;
• микроволны;
• инфракрасные лучи;
• комбинированные способы.

Датчики различают по способу определения движения

Ультразвук и акустика

Ультразвуковые (УЗ) датчики работают по принципу отражению волн от поверхности различных предметов. Устройство генерирует ультразвуковые волны, которые после отражения от преграды улавливаются специальным приёмником. Когда в зоне действия датчиков оказывается движущийся объект, волны, наталкиваясь на него, меняют свою частоту, что и фиксируется сенсором.

Принцип действия УЗ датчика движения

Акустические ДД могут реагировать на хлопки, звуки закрываемой или открываемой двери и т.п. Устройства, в основном, используются в подвальных помещениях, где срабатывание прибора происходит после того, как туда кто-нибудь входит. В других местах их использование нецелесообразно.

Акустические устройства могут срабатывать от хлопка или громкого разговора

Микроволновые и ИК-датчики

Микроволновые ДД относятся к активным устройствам и работают по принципу радиолокатора. Датчик посылает высокочастотный сигнал и принимает его отражение. Любые изменения в возвращенном сигнале приводят к срабатыванию датчика и включению света. Считается, что микроволновые устройства намного чувствительнее ультразвуковых приборов.

Принцип действия микроволновых  ДД

Инфракрасные ДД относятся к пассивной группе устройств. Датчик мониторит окружающую среду, и, если в поле действия сенсоров попадают объекты с температурой выше заданной, то происходит срабатывание устройства, и включается свет. Инфракрасные датчики, как правило, устанавливают внутри помещения, настраивая их таким образом, чтобы они не реагировали на домашних животных.

Устройство и принцип определения движения ИК сенсором

Комбинированные

Комбинированные или дуальные датчики включают в себя несколько типов сенсоров. Они отличаются большей надёжностью, точностью и меньшим количеством ложных срабатываний. Единственный недостаток таких устройств – высокая стоимость. На рынке в основном представлены модели с ультразвуковыми и ИК сенсорами.

Комбинированный датчик

Для включения света в доме или на улице чаще всего используются ИК датчики движения, которые отличаются низкой стоимостью, широким диапазоном настроек и большим радиусом обнаружения. В длинных коридорах и на лестницах лучше устанавливать микроволновые или УЗ устройства в качестве проходных выключателей.

Виды датчиков движения

На сегодня, наибольшим спросом пользуются виды ДД:

• ультразвуковые (УЗ);
• инфракрасные (ИК);
• микроволновые (СВЧ);
• комбинированные;

Каждый вид имеет достоинства и недостатки, применяется в разных условиях.

Рассмотрим по отдельности обозначенные типы ДД:

Ультразвуковой

Осуществляет слежку за объектами ультразвуком. При передвижении людей, датчик срабатывает. Их часто устанавливают в патронниках автомашин, в системах осуществления контроля за слепыми зонами. В жилых комплексах отменно показали себя на лестничных площадках.

Недостатки УЗ ДД:

1. У животных вызывает дискомфорт, поскольку они чувствуют ультразвуковые частоты.
2. Дальность действия не далека.
3. Начинает работать только при резких движениях, их можно обмануть плавными действиями.

Плюсы УЗ ДД:

1. Невысокая ценовая категория.
2. Не подвержены воздействиям природной среды.
3. Фиксируют движения при любых материалах объекта.
4. Не теряют рабочие функции при возникновении влажности, пыли.
5. Не реагируют на перепады температурного режима окружающей среды.

Инфракрасный ДД

Обнаруживает изменения теплового излучающего действия окружающих объектов. При передвижении людей, излучение по очереди фокусируется линзами прибора на сенсоре, что служит посылом для выполнения установленной в датчике функции. При повышении количества установленных линз, увеличивается чувствительность аппарата. Зона охвата у ДД зависит от площади поверхности линз.

Недостатки ИК ДД:

1. Они могут ложно срабатывать на теплый ветер.
2. При работе в уличных условиях, снижается достоверность из-за попадания дождя, солнечных лучей.
3. Не видит людей, искусственным образом не излучающих ИК излучения (накрытых специальными материалами).

Плюсы ИК ДД:

1. Точность регулирования расстояния нахождения объектов при их движении.
2. Удобство применения вне зданий, поскольку реагирует только на объекты с собственной температурой.
3. Полная безвредность для людей, животных, поскольку вредных компонентов не выделяет.

Микроволновый ДД

Выпускает магнитные волны высокой частоты, которые, отражаясь, замечаются сенсором. При их изменении, прибором приводится в действие, обозначенная у него функция.

Минусы СВЧ ДД:

1. Наиболее высокая цена на него.
2. Возможны ложные срабатывания, при появлении признаков движения за установленным диапазоном наблюдения, например, за окном.
3. Могут представлять опасность здоровью людей, следует отдавать предпочтение ДД с минимальной мощностью производимого излучения. Безвредным считается непрерывное излучение с потоком мощности до 1 мВт.

Плюсы СВЧ ДД:

1. В охранных целях, может устанавливать объекты за хрупкими стенами, стеклами.
2. Режим его работы не влияет от температуры среды.
3. Реагирует даже на малозначительные движения.
4. Сам по себе имеет небольшие размеры,

Комбинированные ДД

Содержат сразу пару методов обнаружения признаков движения, например, ультразвукового и СВЧ. Это довольно удачный выбор для наиболее достоверного определения характера перемещения объектов на подконтрольной территории. Принцип работы этих устройств очень продуктивен. Недочеты одной технологии замещаются плюсами другой.