Датчиками движения называют приборы, которые реагируют на движущиеся, а не неподвижные предметы. Этим они отличаются от датчиков присутствия, настроенных на срабатывание при исчезновении, пропадании двигающихся объектов в контролируемой зоне.

Другими словами, прибор, контролирующий движение, должен сработать при нахождении человека внутри наблюдаемого пространства, когда он передвигается или замер, но хотя бы просто пошевелил пальцами. В то же время устройства контроля присутствия срабатывают тогда, когда люди полностью покинули помещение либо в нем остался совершенно замерший человек, не совершающий никаких движений.

Принципы работы датчиков движения

Обе группы этих датчиков могут работать на основе:

улавливания звуковых колебаний чувствительными акустическими системами;

восприятия теплового излучения, вызываемого человеческим телом инфракрасными приемниками пассивного действия ;

перекрытия невидимых человеческому глазу инфракрасных лучей, направляемых от излучателя к приемнику активным методом .

Существуют еще другие способы выявления движущегося человека, но они, как и акустический метод, используются редко. А в бытовых устройствах чаще всего применяются датчики движения, работающие с электромагнитными колебаниями волн, расположенных в инфракрасном спектре. Они описываются в .

У приемников ИК датчиков общий принцип работы.

Датчики движения и датчики присутствия улавливают инфракрасное излучение, распространяемое во все стороны от любых предметов, расположенных в зоне обзора. Тепловые лучи, как в обычной оптической системе, например, фотоаппарата попадают на сегментную линзу, работающую по принципу Френеля.

Эта стеклянная или из сортов оптических пластмасс конструкция создается с большим количеством концентрических секторов/сегментов, каждый из которых формирует узконаправленный пучок параллельных тепловых лучей на ИК сенсор.

Его еще называют термином «PIR-сенсор» потому, что он обладает пироэлектрическим эффектом — создает электрическое поле, пропорциональное получаемому тепловому потоку. Принятый им сигнал обрабатывается электронными устройствами.

У большинства конструкций датчиков пиродетектор работает с аналоговыми величинами. Примером может служить .

Он обладает небольшими габаритами, работает на основе микросхемы, имеет три клеммы для подключения проводов питания и нагрузки, два регулировочных потенциометра. При срабатывании выдает управляющий электрический сигнал напряжением 3,3 вольта и ток в несколько миллиампер.

В последнее время стали внедряться блоки, осуществляющие двойное преобразование и обработку команд на основе .

Это позволяет использовать микропроцессорные устройства и компьютерные технологии для дальнейших преобразований сигнала и формирования различных алгоритмов управления автоматическими устройствами.

Как аналоговые электронные, так и цифровые датчики подключаются к блокам питания и имеют выходные устройства, коммутирующие нагрузку в первичной сети.

В алгоритм работы электроники закладывается один из принципов:

обнаружения движения;

срабатывания по пребыванию.

Когда в поле действия датчика появляется человек, то он своим присутствием вносит изменения в тепловой баланс окружающей среды, а все его передвижения фиксируются через линзу Френеля как объективом фотоаппарата. Электронные блоки срабатывают и выдают электрический сигнал на управляющий контакт.

На этом функции самого датчика заканчиваются, хотя процесс переключения исполнительных механизмов еще не выполнен, а мощности управляющего сигнала датчика движения для коммутации светильников освещения, включения звуковой сирены, отправления СМС на мобильный телефон или выполнения других задач недостаточно.

Этот сигнал необходимо усилить и обеспечить его передачу на мощный контакт для коммутации нагрузки.

Рассмотренный нами выше датчик движения HC-SR501 не может выполнить эти функции самостоятельно. Для их реализации можно собрать простой транзисторный ключ на .

На клеммы VCC и GND у датчика движения и ключа подается питание =4,5÷20 вольт от дополнительного источника, а управляющий сигнал с вывода OUT датчика подводится на одноименную клемму усилителя. Нагрузка соответствующего напряжения подключается на выходную цепь.

Если использовать эту схему для включения мобильного телефона, то можно получать СМС на свой мобильник, которые будут сигналом о появлении нежданных гостей в охранной зоне.

В большинстве готовых модулей для схем освещения с датчиками движения встроен его усилитель и силовой контакт, коммутирующий схему нагрузки. У конструкций таких блоков, питаемых от сети ≈220 вольт, прямо на корпусе размещены три клеммы для подключения проводов, два из которых подают питание (фазу L и ноль N) а третий L" совместно с нулем N используется для коммутации светильников.

Датчики движения активного действия

Приборы, работающие по принципу контроля канала между ИК излучателем и приемником, имеют примерно такой же алгоритм, настроены на общую частоту, как у пульта дистанционного управления телевизора или манипулятора беспроводной компьютерной мыши с их приемниками. Они могут иметь автономное, независимое от стационарной электрической сети питание.

При этом выполняется одна из схем расположения модулей прямого или поворотного способа образования тракта с помощью зеркал.

Схемы подключения датчика

Электрическая схема простого подключения показана на картинке.

При этом подключении режим работы светильника полностью соответствует алгоритму, заложенному электронной схемой, и настраивается потенциометрами регулировки.

На простых конструкциях датчиков устанавливается два регулятора:

1. LUX — уровня освещенности, при достижении которого происходит срабатывание датчика (к примеру, нет необходимости пользоваться электрическим светом в солнечную погоду). Для регулирования первоначально выставляется его наибольшее значение;

2. TIME — продолжительности включения таймера или, другим словами, отрезка времени, в котором будет гореть светильник после обнаружения движения. Обычно устанавливают минимальную величину, ведь при каждом новом движении датчик станет постоянно перезапускаться.

Обычно этих двух параметров регулировок достаточно для настройки управления бытовыми светильниками. У встречаются еще два потенциометра:

1. SENS — чувствительности или дальности действия. Им пользуются для уменьшения зоны контроля в тех случаях, когда ограничить ее изменением ориентации датчика движения не получается;

2. MIC — акустического уровня шумов встроенного микрофона, при котором срабатывает датчик. Но в бытовых условиях эта функция не нужна — датчик будет срабатывать от посторонних звуков проезжающих машин, детских возгласов…

Схема подключения светильника к двум датчикам

Этот способ используется в местах, когда возникает необходимость управлять освещением из двух удаленных точек с ограниченным обзором для одного датчика.

Одноименные клеммы приборов подключаются по параллельной схеме друг к другу и выводятся на сеть питания и осветительный прибор. При срабатывании выходного контакта любого датчика загорается светильник.

Схема подключения через выключатель

Этим способом пользуются, когда добавляют к действующему светильнику с выключателем блок датчика движения. При включенном выключателе схема полностью работает так, как она настроена электроникой. А при разомкнутом контакте фаза снимается с блока питания и датчик движения выводится из работы.

Практика показала, что среди владельцев квартир при выходе из помещения сохранилась привычка машинально отключать свет выключателем. После этого при заходе в комнату человека датчик движения оказывается выведенным из работы. Чтобы исключить подобные ситуации контакты выключателя шунтируют, чем осуществляется переход на предшествующую схему.

В этой схеме включенный выключатель полностью шунтирует выходной контакт датчика движения. Ее применяют, когда человек длительно находится в неподвижной позе, а выдержка у таймера маленькая и для включения светильника приходится делать лишние отвлекающие движения.

Схема подключения мощных нагрузок электромагнитными приборами

Блок датчика движения с маломощными контактами можно использовать для очень мощных осветительных приборов. Для этого используется промежуточное устройство — , реле или контактор соответствующих номиналов. Его обмотка подключается к маломощному контакту датчика, а силовой контакт коммутирует нагрузку системы осветительных приборов.

В этой схеме, как и во всех других, необходимо точно рассчитать коммутируемые мощности и подобрать под них силовые контакты. После включения в работу обязательно замеряют токи нагрузок и сравнивают их еще раз с мощностью контактов. Для надежной длительной работы системы необходимо создать запас по мощности.

Подобная схема с электромагнитными приборами способна длительно и надежно работать. Но, у нее есть два существенных недостатка:

1. повышенный уровень шума и возникающие электромагнитные помехи, сопровождающие процесс перемещения якоря во время переключений;

2. постоянный износ контактной системы вследствие разрядов, возникающих при разрыве цепи, что требует выполнения периодических профилактических работ.

Этих недостатков лишены симисторные и тринисторные схемы.

Схема подключения мощных нагрузок полупроводниковыми приборами

В этом случае отсутствуют всевозможные шумы и помехи. Но для работы полупроводникового прибора необходимо преобразовать управляющий сигнал датчика движения в гармонику, совпадающую по частоте с напряжением сети. Для этого создается специальная схема согласования, которая выдает переменный ток на .

При работе схемы согласования симистор открыт. и светильники горят. Когда управляющий сигнал отсутствует, то триак закрыт, а управляемое им освещение отключено.

Недостатком этой схемы является сложность конструкции согласующего сигнала электронного устройства.

Выбор места установки и способа ориентации датчиков

В зависимости от своей конструкции датчик движения может иметь различный угол наблюдения для контроля пространства от нескольких градусов до кругового обзора, который обычно применяется при потолочном креплении.

Эти углы распределяются в горизонтальной и вертикальной плоскостях, определяют зону наблюдения, указываются в документации.

Датчики, предназначенные для установки на стену, обычно имеют обзор порядка 110÷120 или 180 градусов по горизонту и 15÷20 — по вертикали.

Вне этого пространства никакие движения датчиками не фиксируются. Поэтому при установке датчика движения важно не только подбирать их по характеристикам обзора, но еще и регулировать после монтажа для корректировки направления. Конструкции с подвижным органом обзора облегчают наладку, а у остальных приборов надо очень тщательнее продумывать и выполнять первоначальный монтаж.

Потолочные датчики обычно имеют круговой обзор 360 о по горизонтали, который распространяется конусом сверху вниз. Его зона контроля значительно больше, но она тоже может иметь непросматриваемое пространство в углах помещений.

Влияние посторонних объектов на работу датчиков

При монтаже и настройке датчика движения важно учесть условия их размещения, оценить влияние на их надежность расположенных рядом предметов и различных источников энергии. Тепловые нагреватели, колышущиеся ветки деревьев, проезжающие мимо автомобили, кабины поднимающихся/опускающихся лифтов и другие объекты могут вызывать частые ложные срабатывания устройств.

Когда нет возможности от них избавиться, то загрубляют чувствительность прибора потенциометром или экранируют зону помех.

В борьбе за срок жизни ламп накаливания на лестничной площадке испробовал достаточно большое количество схем их защиты. Это были и простые диоды и схемы плавного включения, и аккустические датчики. Не все зарекомендовали себя с положительной стороны. Зайдя на сайт Aliexpress, наткнулся на пироэлектрический датчик HC-SR501 . При цене менее одного доллара, датчик обладает рядом положительных качеств, а именно: питание от 5 до 20 вольт, зона обнаружения движения от 3 до 7 метров, задержка выключения от 5 до 300 секунд. (Полное описание здесь приводить не вижу смысла, поскольку этой информации более чем достаточно ). Внешне датчик выглядит следующим образом:

Как раз то, что нужно для освещения лестничной площадки, где не так часто ходят люди и постоянное свечение лампы ни к чему.

На фото ниже обозначены точки подключения общего провода (GND), выход сигнала о срабатывании (Output) и шины питания (+Power). На плате установлены два переменных сопротивления: один регулирует зону срабатывания (Sensitivity Adjust), другой задержку выключения (Time Delay Adjust).

Кроме того, имеется джампер для переключения режимов H и L . В режиме L датчик, зафиксировав движение, выдает на выход сигнал высокого уровня. Не зависимо от того, есть в зоне обнаружения дальнейшее движение или нет, через установленное время задержки (например, 30 секунд), сигнал на выходе будет отключен.

В режиме Н сигнал на выходе исчезнет только после времени истечения задержки от момента последней фиксации движения в зоне обнаружения. То есть прошли через зону движения - он выключится через 30 секунд, находитесь и двигаетесь в зоне обнаружения 10 минут и выходите из нее - он выключится через 30 секунд. Пока вы в зоне обнаружения - датчик не выключится.

Как раз то, что нужно для освещения лестничной площадки, где не так часто ходят люди и постоянное свечение лампы ни к чему. Изучив даташит и материалы в сети, отбросил варианты использования Arduino, как чрезмерно затратные и набросал следующую схему.

Функционально устройство состоит из трех узлов:

1. самого датчика HC-SR501;
2. исполнительного устройства, состоящего из резистора R3, транзистора VT1, диода D1 и реле Р1, где R3 и VT1 служат связующим звеном между датчиком и реле. Без них нагрузочная способность датчика столь низка, что напрямую можно подключить лишь светодиод;
3. бестрансформаторного блока питания, где R1 необходим для снижения пускового тока (зачастую им можно пренебречь), конденсатор С1 с номиналом от 0,47 - 0,68 мкФ с рабочим напряжением минимум 250 вольт обеспечивает на выходе ток до 0,05 А, R2 необходим для разрядки конденсатора С1 после отключения устройства от сети.

Для чего диодный мост всем известно. Фильтрующий конденсатор следует выбирать с рабочим напряжением не менее 25 вольт. Ну, и наконец стабилитрон устанавливает напряжение на выходе блока питания на уровне 12 вольт. Выбор стабилитрона именно на 12 вольт обусловлен с одной стороны диапазоном питания датчика от 3 до 20 вольт, с другой рабочим напряжением реле - 12 вольт.

Отдельно стоит сказать о транзисторе. Это практически, любой тразистор NPN структуры - 2N3094, ВС547, КТ3102, КТ815, КТ817 и т.д. и т.п.

Реле с практически любым сопротивлением катушки, напряжением коммутации 250 вольт и током 3 ампера, что даст возможность безболезненно коммутировать нагрузку мощностью в несколько сот ватт.

Инфракрасный датчик движения HC-SR501

В этой статье приводится описание основных характеристик и принципов работы готового ИК датчика HC-SR501, который можно использовать как с ардуино так и отдельно.

Самое главное преимущество этого датчика на мой взгляд - это цена на алиэкспрес я его приобрел за 42 рубля с бесплатной доставкой в 2016г.
Вторым его преимуществом является простота подключения и использования, так как он не содержит ни каких интерфейсов и имеет всего три контакта (питание,общий и выход).

В режиме "H" на выходе появляется логическая единица (+3,3 вольта) что позволяет подключить датчик даже начинающему радиолюбителю.

Основные характеристики

• Размеры: 3,2 см х 2,4 см х 1,8 см (примерно)
• Чувствительности и времени задержки может быть отрегулировано
• Рабочее напряжение: DC 4.5V - 20V
• Ток: < 60 мA
• Выходной сигнал: высокий / низкий уровень (0 или 1), сигнал: 3,3 В TTL-уровень
• Дальность обнаружения: 3 - 7 Метра (регулируется потенциометром)
• Угол обнаружения: 120-140 ° (зависит от установленной линзы Френеля)
• Время задержки срабатывания: 5-300 секунд (регулируется потенциометром, по умолчанию 5 с -3%)
• Блокировка до следующего измерения: 2,5 секунды (можно изменить перепояв smd)
• Рабочая температура: -20 - 80 ° C
• Режим работы:
  • Режим H — в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень.
  • Режим L — в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс.

Внешний вид датчика движения

На фото выше датчик с обоих сторон и со снятой линзой Френеля.
Для настройки режимов работы на модуле имеются два потенциометра и перемычка их назначение думаю понятно с фото ниже:

Модернизация HC SR501

- Об регулировке б локировка до следующего измерения (2,5 сек.)
Как уже говорилось выше в основных характеристиках время блокировки можно изменить заменой smd ,
его сопротивление по умолчанию 1 МОм, на схеме ниже он обозначен R14 (между 5 и 6 ножками микросхемы)
Сопротивление можно немного уменьшить для увеличения быстродействия, к примеру замена этого резистора на 220 кОм уменьшает задержку в 5 раз, но будьте осторожны чрезмерное быстродействие может привести к тому что датчик будет включаться сразу после попытки выключения , такой эффект наблюдался уже при 100 - 180 кОм

- Фоторезистор в HC-SR501
Помимо стандартных органов чувств пироэлектрического датчика на плате hc SR501 можно еще установить фоторезистор. Часто свободные контакты на плате для подключения имеются. На схеме ниже его контакты обозначены как RL. При подключении фоторезистора устройство будет работать только в темноте. При освещенном фоторезисторе, его сопротивление мало, и напряжение на входе А3 микросхемы DA1 будет недостаточным для включения устройства.
Регулировать порог включения можно подключив параллельно резистору R9 подстроечный резистор. желательно подключить через сопротивление в 100 - 200 Ом чтоб не допускать замыкания при малых сопротивлениях фоторезистора.
Вроде бы все понятно, кто не понял спрашивайте в комментариях.

- Датчик шума в HC SR501
Возможно немного лишнее но возможность такая есть - подключение датчика шума от того же arduino.
Сигнальный провод через последовательно соединенные резистор в 10 кОм с конденсатором 10 мкф подключают к 13 ножке микросхемы DA1 (смотри схему)
Сам датчик шума лучше запитать от стабильного источника 3,3 -5 вольт, можно взять питание с стабилизатора
в HC-SR501 (7133) - микросхема DA2.

- (термистор) в HC-SR501
По некоторым данным к контактам RT ик датчика подключается терморезистор параллельно к R8,
О назначении его в интернете информации я не нашел. Поскольку это цепь между первой и второй ступенью усиления и сопротивление R8 на прямую влияет на чувствительность датчика, можно предположить что терморезистор должен обеспечить сработку датчика при пожаре или просто является элементом термостабилизации что на мой взгляд мало вероятно.
В общем и новый датчик заказаны (старый уже светом управляет) , придут опробую и опишу что по чем и зачем.
Если у вас есть ответ можете написать в комментариях.

HC SR501

Схема может отличатся от приведенной но очень не значительно.
Напряжение питания через защитный диод VD1 подается на микросхемный стабилизатор напряжения
HT 7133−1.
С1 — фильтрующий. Пироэлектрический датчик питается от стабилизатора напряжения через дополнительный RC фильтр, состоящий из резисторов R3, R4 и конденсатора С4. С выхода пироэлектрического датчика через резистор R2 сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя А1, вывод 14 микросхемы DA1. Резистор R2 является частью П — образного фильтра — С2, R2 и С5. Микросхема DA1 является специализированной микросхемой и по всей вероятности китайским детищем, потому как документация на нее на китайском языке. Схема DA1 из документации показана на рисунке 2, а типовая схема включения на рисунке 3. Кроме операционных усилителей и некоторых ячеек логики трудно что-либо понять. Но нам многого и не надо.

И так, усиленный ОУ А1 сигнал датчика, вывод 16 DA1, через разделительный конденсатор С6 и резистор R8 поступает на инвертирующий вход второго усилителя А2, вывод 13 DA1. Конденсаторы С7 и С9 по всей видимости, корректирующие, а резистор R10 — резистор обратной связи, от величины которого зависит коэффициент передачи данного усилителя. Коэффициент усиления А1 равен R10/R5. Коэффициент усиления ОУ А2 равен отношению суммы сопротивлений R6,R7 и сопротивления резистора R8. Kус = (R6 + R7)/R8. Резистор R7 подстроечный, что дает нам возможность регулировать чувствительность схемы. Другими словами, можно регулировать расстояние от датчика до объекта, на котором произойдет появление сигнала на выходе устройства. Вывод 9 DA1 подтянут к напряжению питания. С помощью его можно производить включение и выключение схемы. Если этот вывод соединить с общим проводом, то выходного сигнала на выводе 2 не появится. К разъему RL можно подключить фоторезистор, тогда устройство будет работать только в темноте. При освещенном фоторезисторе, когда его сопротивление мало, то и напряжение на входе А3 микросхемы DA1 будет недостаточным для включения устройства. Регулировать порог включения можно подстроечным резистором, подключенным параллельно резистору R9.

Микросхема DA1 имеет внутренний таймер. С помощью этого таймера можно выставлять время действия выходного сигнала на выводе 2. Времязадающей цепью этого таймера является резисторы R13, R15 и конденсатор С10. Регулировку времени производят резистором R15. Уровень логической единицы соответствует напряжение, равное двум вольтам, так что в некоторых случаях возможно потребуется согласующий каскад для работы с другими блоками. Ток потребления схемы очень маленький и равен всего 0,06 мА.

Проверка датчика

Проверить работу датчика очень просто, собрав на макетной плате простую схему. В качестве индикатора здесь используется обычный светодиод, с токоограничивающим резистором в 180 Ом, как показано на рисунке ниже.

Купить датчик можно HC-SR501 здессь .

Звуковые модули я беру

PIR-sensor переводится с английского как Pyroelectric (Passive) InfraRed sensor — пироэлектрический (пассивный) инфракрасный сенсор. Пироэлектричество — это свойство генерировать определенное электрическое поле при облучении материала инфракрасными (тепловыми) лучами. Поэтому PIR датчики позволяют обнаруживать движение людей в контролируемой зоне, так как тело человека излучает тепло.

HC-SR501 можно запитать напряжением от 4.5 до 20 Вольт,
его размеры примерно 3.2см x 2.4см x 1.8см,
Дистанция обнаружения 3 — 7м, регулируется переменным резистором "Sensitivity Adjust "
Длительность импульса при обнаружении 5 — 200сек регулируется переменным резистором "Time Delay Adjust "
Рабочая температура -20 — +80°C

Режимы работы
L и H
Режим H — в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень.
Режим L — в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс.

Например : выставляете включение света на 5 сек.
— режим L : есть движение — свет включился, через 5 сек. выключился. Если всё время ходить перед датчиком — свет вкл-выкл-вкл-выкл и т.д.
— режим Н : есть движение — свет включился, через 5 сек. выключился. Если всё время ходить перед датчиком — свет всё время включён.

После подключения питания на датчик, необходимо подождать примерно 1 минуту, датчик после включения калибруется. Не выполняйте в это время с ним никаких действий.

Как только датчик зафиксирует движение, на выходе Out появится напряжение и будет оставаться там определенное время, установленное подстроечным резистором Delay . Этим выходным напряжением мы и включаем небходимое устройство. Это может быть лампа освещения, вентилятор, звуковой оповещатель. Конечно, напрямую с датчика не получится запитать эти устройства, выход слаботочный, поэтому нам понадобится что-то еще, чтобы коммутировать мощную нагрузку.
Самый простой вариант - использовать полевые транзисторы со старой материнской платы компьютера.

Можно поиграться настройкой чувствительности и установкой модуля в разные места дома
Чтобы модуль не тормозил, можно заменить R12 (который идет на 6 выход микросхемы) на 100 Ом, он задает частоту общего генератора.
Если датчик применяется для включения освещения, можно установить на плату фоторезистор, тогда в светлое время суток датчик не будет давать сигнал на включение. Для фоторезистора на плате имеются установочные отверстия над входными штырьками. Также имеются отверстия для установки терморезистора. Его установка позволит увеличить чувствительность датчика и точность его работы.

Не стоит располагать PIR-датчик в местах, где быстро меняется температура. Это приведет к тому, что датчик не сможет обнаруживать появление человека в контролируемой зоне, и будет много ложных срабатываний, но с установленным терморезистором такой проблемы не будет.

Можно сделать свой дом чуточку умнее и экономичнее, установив такие датчики в местах, где требуется включение освещения лишь во время нахождения там человека или теплокровного животного.