Công tắc đèn tự động với cảm biến hồng ngoại và âm thanh

Cơ sở nguyên tố hiện đại của thiết bị điện tử cho phép bạn tạo ra các thiết bị đơn giản trong mạch điện, nhưng có phạm vi chức năng khá rộng. Trước đây, các thiết bị như vậy chỉ có sẵn để sử dụng trong các hệ thống chuyên nghiệp phức tạp và đắt tiền, và bây giờ việc sử dụng chúng làm cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta thoải mái và dễ dàng hơn.

Bài viết này sẽ nói về các thiết bị sử dụng cảm biến hồng ngoại. Một khi các cảm biến như vậy chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống an ninh, và bây giờ không ai ngạc nhiên về những cánh cửa mở ra trước mặt mỗi người đến hoặc tự động đưa ánh sáng vào lối vào. Và tất cả điều này cảm biến hồng ngoại! Thông thường chúng được gọi là cảm biến nhiệt điện.

Cảm biến nhiệt điện. Thiết bị và nguyên tắc hoạt động

Cảm biến nhiệt điện là nguyên tắc thụ động. Điều này có nghĩa là chúng không tạo ra bất kỳ tín hiệu điện từ nào, mà đơn giản là máy thu hồng ngoạiDo đó, đối với con người, nó hoàn toàn vô hại.

Mỗi mục là nguồn hồng ngoạivà cơ thể con người theo nghĩa này cũng không ngoại lệ. Cảm biến nhiệt điện được thiết kế theo cách mà chúng không phản ứng với chính bức xạ hồng ngoại, giá trị tuyệt đối của nó, mà là sự thay đổi của nó. Do đó, ngay cả một chuyển động nhẹ của một vật thể, ví dụ, một người sẽ được phát hiện bởi một cảm biến như vậy.

Ví dụ, hãy xem xét cảm biến nhiệt điện IRA-E710 từ Murata. Thiết bị của nó được hiển thị trong Hình 1.

Hình 1. Thiết bị cảm biến nhiệt điện IRA-E710

Cơ sở của cảm biến nhiệt điện là một tế bào quang nhạy hồng ngoại tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với lượng bức xạ. Để phù hợp với tế bào quang điện với mạch và khuếch đại tín hiệu ban đầu, một bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng.

Nếu cảm biến chỉ được chế tạo trên một tế bào quang điện, thì nó sẽ kích hoạt không chỉ từ các vật thể chuyển động, mà còn đơn giản là từ nhiệt độ bên ngoài, ánh sáng mặt trời, từ bộ tản nhiệt và thay đổi nhiệt độ của chính cảm biến, hay đúng hơn là thân máy.

Nói cách khác, khả năng chống nhiễu của cảm biến như vậy là quá thấp. Để tăng nó, các cảm biến nhiệt điện được chế tạo trên cơ sở hai tế bào quang điện theo hướng ngược lại, như trong hình, cho phép bạn bù các yếu tố vừa nêu.

Một cảm biến như vậy chỉ đáp ứng với những thay đổi về lượng bức xạ, cho phép nó được sử dụng như một máy dò chuyển động. Độ tin cậy cao hơn nữa trong hoạt động của cảm biến được cung cấp bởi bộ lọc ánh sáng được điều chỉnh theo bước sóng 5-14 micron. Bức xạ như vậy là đặc trưng nhất của cơ thể con người.

Tuy nhiên, người ta không nên nghĩ rằng cảm biến chỉ thu nhận chuyển động của các vật nóng. Luôn có một nền hồng ngoại nhất định trong phòng, do đó di chuyển bất kỳ vật thể nào, ngay cả với nhiệt độ môi trường, gây ra sự thay đổi trong nền chung và kích hoạt cảm biến.

Những nhược điểm của cảm biến được mô tả bao gồm thực tế là nó chỉ nhạy cảm với các chuyển động ngang, nghĩa là từ tế bào quang này sang tế bào khác. Khi di chuyển dọc theo bề mặt của cả hai tế bào quang, tín hiệu sẽ không được tạo ra. Do đó, khi cài đặt các cảm biến như vậy, chúng nên được định hướng phù hợp, như sẽ được thảo luận ở trên.

Để loại bỏ một tác động có hại như vậy đối với các trường hợp đặc biệt quan trọng, chúng được phát triển và áp dụng. cảm biến dựa trên bốn tế bào quang điện. Thật vậy, các cảm biến thuộc loại này phức tạp và đắt tiền hơn, điều này cũng làm phức tạp sơ đồ kết nối và kiểm soát của chúng.

Cảm biến có sẵn để gắn thông thường và gắn trên bề mặt (SMD). Sự xuất hiện của chúng được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2. Cảm biến IRA-E710. Ngoại hình

Việc sử dụng cảm biến chuyển động

Ban đầu cảm biến chuyển động dự định tạo ra hệ thống báo trộm. Với sự phát triển của cơ sở nguyên tố, các cảm biến nhiệt điện trở nên rẻ hơn và giá cả phải chăng hơn, cho phép chúng được sử dụng cho mục đích nội địa.

Trên hết tự động bao gồm ánh sáng, mở cửa, cũng như quản lý hệ thống giám sát video. Tự động hóa như vậy cho phép bạn tiết kiệm một lượng điện hoặc nhiệt đáng kể trong phòng. Khi được sử dụng trong các hệ thống giám sát video, không gian được lưu trên các ổ đĩa cứng của máy tính điều khiển hoạt động của hệ thống video.

Thuật toán của công tắc đèn tự động

Khi đèn tự động được bật, ví dụ, ở lối vào, khi một người xuất hiện trong trường quan sát của thiết bị, đèn sẽ sáng và sau một thời gian, hãy tắt. Trong khi một người ở trong tầm nhìn của thiết bị, ánh sáng không nên tắt, tốc độ màn trập tăng. Trong ánh sáng ban ngày, không bao gồm ánh sáng tự động.

Đèn chiếu sáng với cảm biến chuyển động được thiết kế để lắp đặt ngoài trời cũng hoạt động chính xác: chiếu sáng cổng và sân gần nhà, cầu thang ở lối vào cửa hàng và trong các trường hợp khác. Đèn chiếu sáng như vậy có sẵn kết hợp với cảm biến chuyển động, hoặc cảm biến chuyển động có thể tách rời.

Một trong những mạch điều khiển chiếu sáng tự động thể hiện trong hình 3.

Hình 3. Sơ đồ điều khiển ánh sáng từ cảm biến chuyển động (bấm vào hình để xem sơ đồ ở định dạng lớn hơn)

Mô tả mạch điện

Là một máy thu bức xạ hồng ngoại trong mạch được sử dụng cảm biến nhiệt điện Pir1. Ở phía trước các tế bào quang điện của nó, một mạng lưới điều chế gồm các sọc hẹp và trong suốt được cài đặt, được đặt theo chiều ngang. Do đó, hóa ra là đối với bộ tách sóng quang, một vật thể di chuyển trên các dải của cách tử điều chế là mở hoặc đóng, điều này gây ra sự xuất hiện của điện áp xoay chiều ở đầu ra của cảm biến.

Những điều đã nói ở trên được minh họa trong Hình 4, cho thấy vị trí chính xác của cảm biến. Kích thước của đối tượng được thiết bị phát hiện được xác định bởi băng thông của cách tử điều chế. Bằng cách thay đổi băng thông, bạn có thể điều chỉnh độ nhạy của toàn bộ thiết bị. Độ rộng của phạm vi của thiết bị có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước của mạng điều chế cửa sổ.

Hình 4. Sơ đồ lắp đặt cảm biến chuyển động

Công suất của bộ khuếch đại bên trong của cảm biến Pir1 được cung cấp cho đầu ra 1 của nó thông qua bộ lọc R1C1. Tín hiệu đầu ra của cảm biến được loại bỏ khỏi chân 2 và được đưa đến đầu vào không đảo của bộ khuếch đại hoạt động 1 của chip LM324 loại DA1. Con chip này là bốn bộ khuếch đại hoạt động (op amps) độc lập với nhau. Điều duy nhất hợp nhất họ là kết luận quyền lực chung và vụ án.

Bộ khuếch đại có mức tăng khoảng 150 được lắp ráp tại OS1, mà cảm biến Pir1 được kết nối trực tiếp. Nếu không có chuyển động trong vùng phủ sóng cảm biến, thì ở đầu ra của OS1, mức điện áp không đổi, khoảng một nửa điện áp của nguồn điện, được duy trì.

Khi một đối tượng chuyển động được phát hiện trong trường quan sát của cảm biến ở đầu 2, một điện áp xoay chiều xuất hiện, được khuếch đại bởi OS1. Ở đầu ra của OS1, một thành phần biến xuất hiện, được đưa qua tụ điện C2 đến giai đoạn khuếch đại tiếp theo được thực hiện trên OS2 với mức tăng xấp xỉ 100.

Sau các giai đoạn này, tín hiệu được khuếch đại đến mức yêu cầu đến đầu vào của bộ so sánh trên OU3 - chân 10 của chip DA1. Mức đáp ứng của bộ so sánh được xác định bởi giá trị của các điện trở R8, R11, R20. Ở trạng thái ban đầu, điện áp đầu ra của bộ so sánh thấp.

Nếu ở đầu ra của У2 - đầu ra 14 - các xung hình chữ nhật xuất hiện vượt quá mức hoạt động được chỉ định, thì ở đầu ra của bộ so sánh У3 - đầu ra 8 - một mức điện áp cao sẽ xuất hiện, chính xác hơn là các xung sạc cho tụ C7. Diode VD5 ngăn cản sự phóng điện của tụ điện này thông qua đầu ra của bộ so sánh khi nó ở mức thấp. Do đó, tụ điện chỉ có thể được phóng qua mạch nối tiếp R14 và R22. Sử dụng biến trở R22, thời gian xả có thể được đặt trong vòng 5 giây ... 5 phút.

Điện áp tích lũy trên tụ C7 được cung cấp cho đầu vào không đảo của bộ so sánh thứ hai, được thực hiện trên OS4, mức đáp ứng được đặt bởi bộ chia R9, R13. Tín hiệu đầu ra của bộ so sánh này được đưa đến đế của bóng bán dẫn VT1, sử dụng triac VD2 kết nối tải.

Thời gian đáp ứng của bộ so sánh trên OS4 được xác định bởi thời gian sạc của tụ C7, tăng theo thời gian đáp ứng của cảm biến: cho đến khi chuyển động trong trường quan sát của thiết bị dừng lại, tụ C7 sẽ sạc lại. Do đó, trong khi ai đó đang di chuyển trong phòng, ánh sáng không được đảm bảo để tắt.

Để ánh sáng không bật trong giờ ban ngày, thiết bị chứa cảm biến ánh sáng được tạo trên photodiode VD7 loại FD263, được bật theo hướng ngược lại. Các chế độ hoạt động được thiết lập bởi bộ chia R15, R23.

Điện áp từ động cơ của biến trở R23 được cung cấp cho đế của bóng bán dẫn VT2. Trong khi photodiode tối được đóng trong phòng và điện áp ở đế của bóng bán dẫn VT2 cao, do đó nó bị đóng và không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.

Khi tăng độ chiếu sáng, photodiode mở ra và điện áp ở đế VT2 giảm xuống, dẫn đến việc mở của nó. Một bóng bán dẫn mở thông qua một diode VD9 sẽ chuyển tín hiệu từ đầu ra của op amp 2 đến đầu vào của bộ so sánh trên op amp 3. Do đó, tụ C7 không sạc và đèn cũng sẽ không được bật.

Để ngăn cảm biến ánh sáng ban ngày bật đèn mà ngày đã đến, hoạt động của nó bị chặn thông qua diode VD8 được kết nối với đầu ra của bộ so sánh trên OU4. Tụ điện C10 cung cấp độ trễ trong việc bật cảm biến ánh sáng xung quanh khi bật đèn, do đó ngăn chặn các báo động sai của cảm biến.

Sức mạnh của thiết bị là biến áp. Thông qua tụ điện C9, điện áp nguồn được cung cấp cho bộ chỉnh lưu được thực hiện trên điốt VD4 và VD6. Độ gợn của điện áp được chỉnh lưu được làm mịn bằng tụ C8 và điện áp được ổn định ở mức 16V bởi diode Zener VD3. Điện áp này được sử dụng để cấp nguồn cho tầng chính trên bóng bán dẫn VT1, điều khiển hoạt động của công tắc nguồn trên triac VD2.

Bộ điều chỉnh điện áp tham số 9.1V được lắp ráp trên các phần tử R2, C3 và VD1, được sử dụng để cấp nguồn cho tất cả các nút của thiết bị: cảm biến Pir, vi mạch DA1 và cảm biến hình ảnh ánh sáng ban ngày trên bóng bán dẫn VT2.

Mạch mô tả được sản xuất như một bộ bởi Master Kit. Bộ này chứa tất cả các thành phần vô tuyến cần thiết, bảng mạch đã hoàn thành và vỏ để lắp ráp thiết bị, như trong Hình 5. Bộ này cũng bao gồm các hướng dẫn để lắp ráp và thiết lập thiết bị.

Mặc dù nói chung, mạch được coi là đơn giản và với lắp ráp không có lỗi từ các bộ phận có thể sửa chữa được, nó sẽ bắt đầu hoạt động ngay lập tức, tôi muốn thu hút sự chú ý đến thực tế là nó có nguồn điện biến áp. Do đó, trong quá trình lắp ráp và vận hành, bạn nên cực kỳ cẩn thận, tuân thủ các quy định an toàn và thậm chí tốt hơn, sử dụng máy biến áp cách ly.

Hình 5. Vỏ từ bộ Kit Master

Mạch hoàn toàn vào chế độ vận hành trong một tiếng rưỡi đến hai phút sau khi bật, do đó tất cả các cài đặt sẽ được thực hiện sau khi thời gian này trôi qua. Các cài đặt rất đơn giản và được giảm xuống để cài đặt thời gian trễ cần thiết cho điện trở R22 và với sự trợ giúp của điện trở R23, ngưỡng của cảm biến ánh sáng được chọn.

Ngưỡng của cảm biến chuyển động được xác định bởi giá trị của điện trở R11.Nếu sự gia tăng độ nhạy là cần thiết, giá trị của nó có thể giảm đi phần nào. Theo đó, với một số lượng lớn dương tính giả, bạn sẽ phải thay đổi giá trị theo hướng tăng.

Hình 6 cho thấy một sơ đồ khác của cảm biến chuyển động hồng ngoại, rất giống với mạch được hiển thị trong Hình 3.

Hình 6. Cảm biến chuyển động hồng ngoại. Tùy chọn 2 (bấm vào hình để phóng to)

Một sơ đồ tương tự được trang bị đèn rọi với đèn halogen dưới dạng một thiết bị duy nhất và được lắp đặt theo quy định tại các lối vào của các hộ gia đình tư nhân. Mục đích của nó là để bật đèn trong sân khi chủ nhân của ngôi nhà đến, và ngoài ra để cảnh báo chủ sở hữu về sự xâm nhập của khách, bao gồm cả những người không mời, vào lãnh thổ. Bản thân lược đồ này rất giống với sơ đồ trước đó và thực hiện các chức năng tương tự, do đó không cần mô tả chi tiết. Chúng ta chỉ sống trên các nút riêng lẻ.

Là một cảm biến hồng ngoại, một phototransistor Pir D203C được sử dụng, tín hiệu từ đó được đưa đến chip DA1, giống như trong mạch trước đó. Độ nhạy của cảm biến được điều chỉnh bằng biến trở VR3. Cảm biến ánh sáng được chế tạo trên một máy phát quang CDS, thông qua bóng bán dẫn ban ngày VT2, ngăn chặn hoạt động của bóng bán dẫn VT1, bao gồm một rơle điều khiển tải. Do đó, vào ban ngày, việc bao gồm ánh sáng tìm kiếm không xảy ra.

Giống như trước đây, mạch chứa thời gian trễ, được thực hiện trên tụ C14, thời gian phóng điện được điều chỉnh bởi biến trở VR1. Các giới hạn điều chỉnh thời gian được chỉ định trực tiếp trên sơ đồ.

Đèn định vị halogen với cảm biến chuyển động được thiết kế để lắp đặt trên đường phố, vì vậy mèo, chó hoặc các động vật nhỏ khác có thể rơi vào khu vực phủ sóng cảm biến, ngoài người. Điều này có thể gây ra kích hoạt sai của các cảm biến và bao gồm ánh sáng.

Để bảo vệ chống lại các báo động sai như vậy, nên lắp đặt màn hình bảo vệ trước cảm biến, điều này sẽ hạn chế phần nào phạm vi hiển thị của thiết bị từ bên dưới: không đủ để nhìn thấy toàn bộ cổng, mà chỉ có nửa trên của nó, để phân biệt người đã đến.

Trong các cảm biến chuyển động phức tạp hơn, vấn đề này được giải quyết bằng vi điều khiển tích hợp, có khả năng xác định kích thước của vật thể: máy, người hoặc chuột. Tất nhiên, cảm biến như vậy là đắt hơn.

Công tắc đèn tự động với cảm biến âm thanh

Dành cho kiểm soát ánh sáng trong các lối vào của các tòa nhà chung cư cũng được sử dụng công tắc âm thanh quang. Các công tắc có chứa micrô, cảm biến quang và thiết bị phím đầu ra.

Logic hoạt động của các công tắc như vậy giống như của hồng ngoại: vào ban ngày, micrô bị tắt bởi một cảm biến quang học và trong bóng tối, ánh sáng sẽ bật ngay cả với âm thanh không đáng kể ở lối vào. Thời gian phơi sáng là khoảng 1 phút, sau đó đèn tắt.

Với sự xuất hiện mới của âm thanh, chu kỳ lặp lại. Độ nhạy của micro sao cho nó thu được âm thanh ở khoảng cách 5 m, khá đủ cho các điều kiện truy cập. Tất nhiên, một cảm biến như vậy không thể được sử dụng trên đường phố, vì ánh sáng sẽ bật từ bất kỳ âm thanh nào, ví dụ, từ một chiếc xe đi ngang qua.

Về mặt cấu trúc, các công tắc quang-âm có sẵn trong hai phiên bản: hoặc là một bộ phận riêng biệt được gắn trên tường hoặc trần nhà, hoặc tích hợp với đèn chiếu sáng của các thiết kế khác nhau. Các công tắc như vậy được hiển thị trong hình 7 và 8, tương ứng.

Hình 7. Công tắc tiết kiệm năng lượng âm thanh quang học EV-05

Hình 8. Đèn ЭtubС-01 với công tắc quang-âm tích hợp

Giá của các công tắc như vậy, theo quy định, thấp hơn các công tắc có cảm biến hồng ngoại, vì vậy chúng có thể được khuyến nghị sử dụng trong các dịch vụ gia đình và xã, mặc dù điều này không loại trừ việc lắp đặt cảm biến hồng ngoại.

Đọc thêm:Cách chọn, cấu hình và kết nối rơle ảnh cho ánh sáng ngoài trời hoặc trong nhà

Comments

[#1 Người qua đường]

Với một cảm biến âm thanh, thay vì liệu đèn có thường xuyên bay hay không do đèn flash thường xuyên?

[#2]

Một trong những quy tắc là không được đặt trên các bức tường phi vốn. những bức tường mỏng tự rung và đưa ra những thông tin sai lệch từ bất kỳ dự thảo nào. Các dây ba dây hoạt động tốt hơn, nhưng để làm như vậy cần phải đặt cáp trước (nguồn và tải). Bộ ngắt mạch chuyển đổi bình thường - đến pha và tải, không đủ bằng không. Khi đã gỡ bỏ (như trong sơ đồ trong Hình 6) chuỗi phát sáng từ R1, C1, nhưng được kết nối song song với các tiếp điểm rơle, có thể kết nối một đèn huỳnh quang, đôi khi nó nhấp nháy với một tụ điện. Hai cái tiếp xúc không cho phép bao gồm đèn huỳnh quang và những cái kinh tế khác trong tải.

[#3]

Cảm ơn bạn