Неисправности датчиков движения и способы их устранения

Особенности конструкции и принцип работы датчика движения

Принцип работы ИК-датчика движения основан на контроле изменения температурного поля окружающей среды в зоне эго действия. Такие приборы реагируют на тепловое поле человека, животного или иного подвижного объекта, температурное поле которого отличается от фонового. Чувствительным сенсором датчика осуществляется регистрация ИК-волн, которые фокусируются на нем с помощью системы линз. Формируемое фотосенсором напряжение усиливается посредством усилителя и подается на компаратор, который через транзистор передает сигнал на исполнительное реле. В режиме слежения система пребывает в равновесном состоянии, в котором релейные контакты являются разомкнутыми. Как только в чувствительную область попадает подвижный элемент, изменится уровень освещенности чувствительного элемента ИК-излучением, что приведет к выходу функциональной схемы датчика из равновесия и к срабатыванию релейных контактов, которые подключат внешнюю нагрузку.

Инфракрасный сенсор и Ардуино

Сделать неплохой датчик движения можно на платформе Arduino. В состав электронного «конструктора» входит модуль PIR-датчика HC-SR501. В него входит инфракрасный детектор, дистанционно реагирующий на изменение температуры, с контроллером.

Контроллер инфракрасного датчика Ардуино.

Модуль полностью совместим с основной платой и подключается к ней тремя проводниками.

Подключение детектора к плате.

Вывод ИК-модуля	GND	VCC	OUT
Вывод платы Arduino Uno	GND	+5 V	2

Чтобы система заработала, надо загрузить в Ардуино следующий скетч:

Скетч для управления ИК-сенсором.

Сначала устанавливаются константы, определяющие назначение выводов основной платы:

const int IRPin=2

Константа IRPin означает номер пина для входа от датчика, ему назначается значение 2.

const int OUTpin=3

Константа OUTpin означает номер пина для выхода на исполнительное реле, ей присваивается значение 3.

В разделе void setup() устанавливаются:

Serial.begin(9600) — скорость обмена с компьютером;
pinMode(IRPin, INPUT) – вывод 2 назначается входом;
pinMode(OUTpin, OUTPUT) – вывод 3 назначается выходом.

В разделе void loop константе val присваивается значение входа от датчика (ноль или единица). Дальше, в зависимости от значения константы, на выходе 3 появляется высокий или низкий уровень.

Проверка работоспособности и настройка датчиков

Перед первым включением собранного сенсора надо тщательно проверить монтаж. Если ошибок не найдено, можно подавать напряжение. В течение нескольких секунд после включения питания надо проконтролировать отсутствие локальных перегревов и дыма. Если «смок-тест» пройден, можно проверить работоспособность датчиков. Сенсоры на триггере Шмитта и на Ардуино наладки не требуют. Надо лишь имитировать нахождение объекта рядом с датчиком (поднесение руки) и проконтролировать изменение сигнала на выходе. Детектор на основе ВЧ-генератора требует установки момента начала генерации с помощью потенциометра Р1. Проконтролировать начало возникновения колебаний можно осциллографом или по щелчку реле.

Подключение нагрузки

Если сенсор работоспособен, к нему можно подключить нагрузку. Ей может служить вход другого электронного устройства (звуковой сигнализатор), Но часто от детектора требуется управлять освещением. Проблема в том, что нагрузочная способность выхода самодельного датчика не позволяет подключать даже маломощные светильники напрямую. Поэтому обязательно потребуется промежуточный ключ в виде реле.

Подключение датчика через реле-повторитель.

Подключение Ардуино через транзисторный ключ, промежуточное реле и реле-повторитель.

Выход Ардуино настолько маломощен, что не сможет управлять реле или пускателем напрямую. Потребуется дополнительное реле с транзисторным ключом.

Если все этапы сборки и настройки прошли удачно, можно устанавливать сенсор стационарно, выполнять окончательное подключение и наслаждаться четко работающей автоматикой.

Схемы подключения

У датчиков движения с одним встроенным контактом обычно имеется три клеммы. Две из них служат для питания ДД. На одну из клемм подается фаза. Фазная клемма помечается символом L. На другую клемму подается ноль (N). Третий вывод – выход фазы с контакта. В некоторых случаях замыкающий контакт имеет два вывода. Тогда, для подключения фазы с контакту, между одной из клемм контакта и клеммой L устанавливают перемычку.

Схема будет работать следующим образом. При появлении человека в зоне обнаружения, датчик движения сработает, замкнется встроенный контакт и подаст фазу на лампу. Лампа будет гореть, пока будет продолжаться движение или не закончится выдержка времени. После окончания временной выдержки контакт разомкнется. Для того чтобы не совершать ненужных движений чтобы зажечь лампу вновь, можно установить выключатель, с помощью которого можно зашунтировать (замкнуть) встроенный контакт датчика движения. С помощью выключателя можно будет включить свет, чтобы он горел постоянно.

Часто с помощью датчиков движения управляют светильниками в местах, где имеется естественное освещение в светлое время суток. В таких случаях целесообразно применять ДД со встроенным датчиком освещенности, который днем блокирует работу аппарата.

Параллельная работа двух датчиков

Случается, что зона обнаружения одного датчика движения не покрывает всего помещения, где может появиться человек. Такая ситуация характерна, например для длинного коридора, когда свет должен загореться независимо от того, в каком конце коридора появится человек. В этом случае можно использовать два датчика движения работающие параллельно. Нетрудно заметить, что данная схема, с электрической точки зрения, мало отличается от схемы с выключателем.

Параллельная работа двух датчиков движения.

Как и в схеме с выключателем оба контакта датчиков движения включены параллельно и взаимно шунтируют друг друга. То есть, лампа включится при срабатывании любого из двух датчиков. Данная схема масштабируема. Это означает, что можно бесконечно наращивать количество датчиков движения работающих параллельно. Увеличение количества датчиков может потребоваться, например, для освещения лестниц имеющих несколько пролетов.

Важно! Используя подобные схемы нужно обязательно помнить, что все датчики движения должны питаться от одной и той же фазы. В случае несоблюдения этого правила, при одновременном срабатывании двух датчиков, может произойти короткое замыкание

Иногда с помощью датчиков движения приходится управлять более мощными нагрузками, чем одна или несколько лампочек. Тогда в силу вступает ограничение по максимально допустимому току встроенного контакта. Предельно допустимый коммутируемый ток можно узнать из паспорта изделия. Часто производители указывают этот ток на корпусе прибора. Если ток потребления нагрузки превышает «возможности» датчика движения, тогда нагрузку включают с помощью магнитного пускателя, а управление пускателем осуществляют с помощью датчика движения.

Как подключить датчик движения.

Часто датчики движения могут находиться на значительном расстоянии от управляемой нагрузки. При этом приходится прокладывать довольно длинные кабельные трассы. Это может быть сопряжено со значительными материальными затратами, а, иногда, и просто невозможно. Для этих случаев производители предлагают датчики движения со встроенным радиоканалом (беспроводные ДД). В последнее время подобные аппараты находят широкое применение в системах «умного дома».

Будет интересно Как проверить трансформатор при помощи мультиметра

Как работают датчики движения

Изделия этой категории выполняют свои функции с применением активных или пассивных методов обследования окружающего прострaнcтва. В первом варианте предполагается сканирование, дополненное сравнением полученных данных с образцовыми показателями. Как правило, применяют излучение в невидимом спектре диапазона для обеспечения скрытности контроля.

На картинке показан пример с двумя функциональными компонентами. Излучатель (прожектор) генерирует пучок света. При пересечении соответствующей линии луч будет прерван. Этот момент фиксируют с помощью чувствительного фотодатчика. Для формирования защитной зоны из сложной «сетки» применяют дополнительные отражательные элементы.

В этой публикации подробно рассмотрены пассивные модификации устройств, которые фиксируют изменение показаний в инфpaкрасном диапазоне. Такое решение обладает следующими преимуществами:

скрытностью;
широкой диаграммой направленности рабочей зоны;
экономным потрeблением электроэнергии;
достаточно простой схемотехникой;
демократичной стоимостью;
высокой устойчивостью к помехам.

В центре печатной платы размещены фотоэлементы. Они вместе с приемным тpaктом настроены на диапазон волн с длиной 8-11 мкм, что соответствует тепловому излучению кожи человека при нормальной температуре тела +36,6°C. Сверху устанавливают многокомпонентную линзу.

Как показано на схеме, появление человека регистрируется по изменению входного сигнала. Сложная форма линзы обеспечивает фиксацию перемещения. Регулировкой режима встроенного усилителя изменяют амплитуду входного сигнала (чувствительность).

Не включается светильник

Если ДД не включает свет, то нужно проверить поступление тока на слаботочную плату. Это легко сделать с помощью тестера. Убедившись в наличии напряжения на входе этой схемы, переходят к настроечным регуляторам. Обычно на корпусе прибора находятся три винта с обозначениями:

SENS — им регулируют чувствительность пироприёмника;
TIME — устанавливает время задержки выключения освещения;
LUX — устанавливает порог уровня освещённости.

Винты настроек ИК детектора:

Прибор подключают к сети и к лампе 40-60 Вт. Настроечные винты выводят в крайнее максимальное положение, постепенно уменьшая значения всех трёх регулировок. Этим добиваются оптимального режима работы. Можно корректировать настройки в обратном направлении от минимальных значений.

Регулировки на корпусе потолочного детектора:

В случае отсутствия какой-либо реакции прибора, проверяют питание силовых цепей. Тестируют реле, то есть, устанавливают наличие напряжения на его катушке. В целях безопасности проверку проводят при полностью отключённой слаботочной плате. Далее замыкают базу с эмиттером транзистора и убеждаются в его закрытии, при этом реле должно быть выключено. Через резистор базу подключают к постоянному напряжению, при этом транзистор должен открыться и реле сработает. Если никаких вышеуказанных процессов не происходит, то транзистор подлежит замене.

Особенности применения

Микроволновые датчики активно внедряются в системы безопасности охраняемых объектов (частных домов, квартир, прилегающих территорий). С их помощью оператору будет автоматически передаваться сигнал о проникновении на территорию. При использовании устройств в управлении бытовой техникой и осветительным оборудованием показатели энергосбережения существенно повышаются.

Основными характеристиками датчиков являются:

мощность (50–2200 Вт);
рабочая частота (в большинстве случаев устройства работают на 5.8 ГГц);
угол сканирования (120–360°);
радиус контролируемой зоны (2–12 м);
скорость срабатывания (3 с–12 мин).

В зависимости от места установки оборудование выпускается в корпусах, соответствующих разному классу влаго- и пылезащищённости от IP 20 и IP 23 для помещений до IP 44 для монтажа на улице.

Технические характеристики

После того, как определились с тем, какой датчик движения для включения света вы будете ставить, надо подобрать его технические характеристики.

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

Угол обзора

Датчик движения для включения света может обладать различным углом обзора в горизонтальной плоскости — от 90° до 360°. Если к объекту могут подходить с любого направления, ставят датчики с радиусом 180-360° — в зависимости от его расположения. Если устройство закреплено на стене, достаточно 180°, если на столбе — уже нужно 360°. В помещениях можно использовать те, которые отслеживают движение в узком секторе.

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

Если дверь одна (подсобное помещение, например), может быть достаточно узкополосного датчика. Если в помещение входить могут с двух-трех сторон, модель должна уметь видеть, как минимум, на 180°, а лучше — во все стороны. Чем шире»охват», тем лучше, но стоимость широкоугольных моделей значительно выше, так что стоит исходить из принципа разумной достаточности.

Есть также угол обзора по вертикали. В обычных недорогих моделях он составляет 15-20°, но есть модели, которые могут охватывать до 180°. Широкоугольные детекторы движения обычно ставят в охранных системах, а не в системах освещения, так как стоимость их солидная. В связи с этим, стоит правильно подбирать высоту установки прибора: чтобы «мертвая зона», в которой детектор просто ничего не видит, была не в том месте, где движение наиболее интенсивное.

Дальность действия

Тут снова-таки, стоит выбирать с учетом того, в помещении будет устанавливаться датчик движения для включения света или на улице. Для помещений радиуса действия в 5-7 метров хватит с головой.

Дальность действия выбирайте с запасом

Для улицы желательна установка более «дальнобойных». Но тут тоже смотрите: при большом радиусе охвата ложные срабатывания могут быть очень частыми. Так что слишком большая зона покрытия может быть даже недостатком.

Мощность подключаемых светильников

Каждый датчик движения для включения света рассчитан на подключение определенной нагрузки — он может пропускать через себя ток определенного номинала. Потому, при выборе, надо знать, суммарную мощность ламп, которые устройство будет подключать.

Мощность подключаемых светильников критична, если включаться будет группа фонарей или один мощный

Чтобы не переплачивать за повышенную пропускную способность датчика движения, да еще и сэкономить на счетах за электричество, используйте не лампы накаливания, а более экономичные — газоразрядные, люминесцентные или светодиодные.

Способ и место установки

Кроме явного деления на уличные и «домашние» есть еще один тип деления по месту установки датчиков движения:

Корпусные модели. Небольшая коробочка, которая может монтироваться на кронштейне. Кронштейн закрепляться может: на потолке;
на стене.
Вид датчика движения по внешнему виду не определишь, можно лишь понять на потолке он устанавливается или на стене

Встраиваемые модели для скрытой установки. Миниатюрные модели, которые могут устанавливаться в специальные углубления в незаметном месте.

Если освещение включается только для повышения комфорта, выбирают корпусные модели, так как при равных характеристиках они дешевле. Встраиваемые ставят в охранных системах. Они миниатюрные, но более дорогие.

Дополнительные функции

Некоторые детекторы движения имеют дополнительные возможности. Некоторые из них явное излишество, другие, в определенных ситуациях, могут быть полезны.

Встроенный датчик освещенности. Если датчик движения для включения света установлен на улице или в помещении с окном, включать свет в светлое время суток нет необходимости — освещенность достаточная. В этом случае либо в цепь встраивают фотореле, либо используют детектор движения со встроенным фотореле (в одном корпусе).
Защита от животных. Полезная функция, если есть коты, собаки. С такой функцией ложных срабатываний намного меньше. Если собака большого размера, даже эта опция не спасет. Зато с кошками и мелкими собаками она работает неплохо.
Для многих полезной функцией будет защита от срабатывания при появлении животных
Задержка отключения света. Есть устройства, которые выключают свет сразу после того как объект покидает из зону действия. В большинстве случаев это неудобно: свет еще нужен. Потому удобны модели с задержкой, а еще удобнее те, которые позволяют эту задержку регулировать.

Это все функции, которые могут быть полезны

Особенно обратите внимание на защиту от животных и задержку отключения. Это действительно полезные опции

Типичные неисправности датчика движения

Эти устройства часто применяют в комбинации с осветительными приборами. Такими решениями обеспечивают хорошую видимость в коридорах, помещениях без окон, во входных зонах. Неполадки проявляются следующим образом:

полное отсутствие работоспособности;
задержки;
самопроизвольное переключение режимов вне зависимости от перемещений в рабочей зоне.

Подобные неисправности появляются после бросков напряжения в сети питания, механических повреждений. Причиной может быть попадание влаги внутрь корпуса, создавшей короткое замыкание между проводниками электронной схемы. Ниже рассмотрены типичные проблемы, ремонт датчика. Последовательная проверка поможет локализовать повреждение.

Датчик не работает из-за сбитых настроек

Сначала надо убедиться в наличии сетевого питания. Замену плавких предохранителей и включение автоматов электрощитка выполняют по стандартным алгоритмам. Восстановление проводки – тема отдельной публикации.

Если прибор перестал выключаться, проверяют настройки. Как правило, такие датчики оснащают тремя плавными регулировками:

чувствительность фотоэлемента;
временной интервал до выключения светильника;
пороговый уровень фона (естественного освещения).

Пользователи применяют настройки с учетом личных предпочтений. При необходимости можно пользоваться строительными и санитарными нормативами освещенности помещений в зависимости от целевого назначения. Так, для кухонной зоны стандартное значение составляет не менее 150 люкс.

Неправильно выбрано место установки

На следующем этапе проверяют выполнение инструкций производителя в процессе выполнения монтажных работ. Корректируют следующие позиции:

высоту крепления (как правило, используют диапазон 180-200 см от уровня пола);
направленность фотоэлементов;
наличие поблизости батарей, ламп накаливания, других источников тепла.

Ложные включения

Произвольные срабатывания могут провоцировать следующие действия:

конвекционные потоки;
открывающиеся двери;
вращающиеся лопасти вентиляторов;
перемещение домашних животных;
движение элементов декоративного оформления.

Если не помогла точная настройка, меняют направление действия. Некоторые датчики можно оснащать разными типами фокусирующих линз. В наиболее сложных ситуациях применяют комплекты из нескольких изделий, устанавливают другую модель с подходящими характеристиками.

Датчик не выключает свет

Постоянный свет горит при насыщенном траффике движения в соответствующей зоне. Также проверяют настройки, внешние помехи, положение. Иногда помогает длительное (10-15 мин.) отключение прибора от сети питания.

Свет не включается при рабочем датчике

Проверку выполняют по аналогии с предыдущим разделом. До выполнения ремонтных работ уточняют корректность монтажа, установленных регулировок, особенности эксплуатации.

Производители

Theben AG

Немецкая компания существует с 1921 года. Поставляет высококачественные датчики, которые вписываются в интерьер любого помещения. Занимается разработкой инновационных продуктов.

OMRON

Это крупная японская корпорация, извечный мировой производитель электроники. Компании равняются на этого лидера в производстве средств автоматизации.

PD 360/8 Basic

Современный датчик присутствия с полным охватом территории (360 градусов). Он монтируется легко на потолок и стал поистине универсальным.

ESYLUX

Фирма занимается прямыми поставками осветительного оборудования и датчиков. Специализируется на изготовлении универсальных и практичных приборов, которые будут удобны любому россиянину вне зависимости от его финансового состояния.

Подключение нескольких приборов в цепь

Если нужно осветить длинный коридор (помещение с нестандартной планировкой) или при малом охвате территории одним датчиком, к схеме подключается еще один детектор движения.

Осторожно! Подключаться второй и последующие устройства должны параллельно к одной фазе. В случае соединения приборов к разным фазам произойдет короткое замыкание

Инструкция по присоединению дополнительных датчиков:

Обесточить цепь;
Объединить L-кабеля датчиков движения и электрощитка;
Подсоединить красные кабеля электроприборов и коричневый кабель от лампы;
Объединить все нулевые кабеля (от лампы, датчиков и щитка);
Подключить к электросети, проверить работоспособность.

Схема подключения нескольких датчиков

Совет! Для подключения бытовых устройств к осветительным приборам (прожекторам) с высокой мощностью лучше использовать подключение через контактор (с катушкой на 220В). Фаза подключается к контактору от датчика и щитка, а нагрузка датчика — к контактору. Эта схема позволит выдержать мощность прожектора.

Как итог

Итак, алгоритм собственной безопасности или домового имущества, следующий:

Выбрать подходящий датчик , ориентированный на тепло, движение или ультразвук движущегося тела.
Рассчитать место для установки выбранного варианта . Оно должно быть защищено от внешних проявлений козырьком. Если требуется замаскировать датчик, место выбирают заранее – прикрывать прибор нельзя, это снизит его активность или полностью заблокирует.
Произвести монтаж в соответствии с инструкцией. Если знаний (хотя, особенных не требуется) не хватает или нет времени для самостоятельной работы, следует обратиться к профессионалам.
Задать первичную настройку . По результатам настроить датчик под собственные нужды.

Сложных моментов практически не существует. А уверенность в собственной безопасности и «нажитого непосильным трудом» – возрастет.

Приобретая датчик движения для включения света, не стоит брать первый попавшийся. Для начала следует определить некоторые значимые параметры, условия его будущего применения, и уже в зависимости от них выбрать датчик с подходящими техническими характеристиками

Есть четыре главных параметра, приняв которые во внимание вы не прогадаете и не будете разочарованы; вот эти параметры:

условия окружающей среды;

мощность коммутируемого оборудования;

особенности зоны срабатывания: необходимые угол обзора и радиус действия датчика;

требования ко времени срабатывания датчика и регулировка уровня освещенности.

Для разных условий окружающей среды предусмотрены датчики с различными степенями (классами) защиты.

Класс защиты показывает, насколько корпус датчика устойчив к пыли, другим физическим воздействиям, насколько он защищен от влаги, соответственно, сможет ли он нормально работать под дождем или снегом, и т.д. Так, более всего распространены датчики движения следующих классов защиты: IP20 IP40 IP41 IP44 IP54 IP55.

IP20.

Датчик этого класса защиты сможет надежно работать в сухом закрытом помещении, то есть там, где нет риска попадания на его корпус влаги. Корпус такого датчика выдержит случайные прикосновения к нему, однако попадание, например, песка может его повредить.

IP40.

Такой датчик защищен от возможных попаданий на него песка, мелких частичек размером около 1мм, но не защищен от влаги, то есть, применим он опять же лишь в сухих помещениях.

IP41.

Здесь уже имеется защита от влаги, т.е. влажное пространство помещения не будет представлять угрозы для нормальной работы датчика. Если в процессе эксплуатации на корпус датчика попадут даже капли конденсата, то его работа не будет нарушена.

IP44.

Корпус такого датчика защищен от брызг, его можно применять даже в помещениях с повышенной влажностью и на улице, например от дождя он уже защищен.

IP54.

Эта степень защиты показывает, что корпус датчика защищен не только от брызг, но и от оседающей пыли, т.е. даже если внутрь корпуса датчика проникнет некоторое количество пыли, его функционирование не будет нарушено.

IP55.

Кроме защищенности от пыли, более высока степень защиты от влаги, допустимы даже направленные на датчик струи.

После того, как требуемый класс защиты датчика определен, важно обратить внимание на максимальную мощность, которую сможет коммутировать датчик. Одно дело — включение маломощного светодиодного прожектора или люминесцентной лампы, и совсем другое — коммутация системы освещения, например, производственного цеха

Одно дело — включение маломощного светодиодного прожектора или люминесцентной лампы, и совсем другое — коммутация системы освещения, например, производственного цеха.

Заранее узнав мощность включаемого светового оборудования, можно легко подобрать подходящую модель датчика движения. Максимальная коммутируемая мощность таких датчиков лежит, обычно, в пределах от 60 до 2200 Вт.

Датчики движения разрабатывались для охраны. Они позволяли быстро получать информацию о несанкционированном доступе на территорию. Позже область применения расширилась, их стали использовать в промышленных и бытовых целях.

Использование приборов позволяет экономить электроэнергию, повышает уровень комфорта в жилых и производственных помещениях.