تبديل الإضاءة التلقائي مع أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء والصوتية

تتيح لك القاعدة الأولية الحديثة للإلكترونيات إنشاء أجهزة بسيطة في الدوائر ، لكن مع وجود مجموعة واسعة من الوظائف. في السابق ، كانت هذه الأجهزة متاحة فقط للاستخدام في الأنظمة المهنية المعقدة والمكلفة ، والآن استخدامها يجعل حياتنا اليومية أكثر راحة وأسهل.

هذه المادة سوف نتحدث عن استخدام الأجهزة أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء. بمجرد استخدام هذه المستشعرات بشكل أساسي في أنظمة الأمان ، لم يفاجئ أحد الآن بالأبواب التي تفتح أمام كل شخص وارد أو الإدخال التلقائي للإضاءة في المدخل. وكل هذا أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء! في كثير من الأحيان يطلق عليهم أجهزة استشعار كهربي حراري.

استشعار كهربي حراري. الجهاز ومبدأ العملية

أجهزة الاستشعار كهربي حربي من حيث المبدأ. هذا يعني أنهم لا يولدون أي إشارات كهرومغناطيسية ، ولكن ببساطة استقبال الأشعة تحت الحمراءلذلك ، للبشر أنه غير ضار تماما.

كل عنصر هو مصدر الأشعة تحت الحمراء، والجسم البشري في هذا المعنى هو أيضا ليست استثناء. تم تصميم أجهزة استشعار كهربي حراري بحيث لا تستجيب للإشعاع تحت الأحمر نفسه ، وقيمته المطلقة ، بل لتغييره. لذلك ، حتى حركة خفيفة لجسم ما ، على سبيل المثال ، سيتم الكشف عن شخص بواسطة هذا المستشعر.

على سبيل المثال ، ضع في الاعتبار مستشعر كهربي حراري IRA-E710 من Murata. يظهر الجهاز الخاص به في الشكل 1.

الشكل 1. IRA-E710 جهاز استشعار كهربي حراري

أساس مستشعر كهربي حراري هو الخلية الكهروضوئية الحساسة للأشعة تحت الحمراء التي تنتج إشارة كهربائية تتناسب مع كمية الإشعاع. لمطابقة الخلية الكهروضوئية مع الدائرة وتضخيم الإشارة الأولية ، يتم استخدام ترانزستور تأثير المجال.

إذا كان المستشعر مبنيًا على خلية ضوئية واحدة فقط ، فسيتم تشغيله ليس فقط من الأجسام المتحركة ، بل أيضًا من درجة الحرارة الخارجية أو أشعة الشمس أو المشعاعات أو تغيرات درجة حرارة المستشعر نفسه أو بالأحرى جسمه.

وبعبارة أخرى ، فإن مناعة الضوضاء لمثل هذا المستشعر منخفضة للغاية. لزيادة ذلك ، يتم تصنيع أجهزة استشعار كهربي حراري على أساس اثنين من الخلايا الضوئية المدرجة في الاتجاه المعاكس ، كما هو مبين في الشكل ، والذي يسمح لك للتعويض عن العوامل المذكورة للتو.

يستجيب هذا المستشعر فقط للتغيرات في حجم الإشعاع ، والذي يسمح باستخدامه ككاشف للحركة. يتم توفير موثوقية أكبر في تشغيل المستشعر بواسطة مرشح ضوء يتم ضبطه على طول موجة من 5-14 ميكرون. هذا الإشعاع هو أكثر ما يميز جسم الإنسان.

ومع ذلك ، لا ينبغي للمرء أن يعتقد أن المستشعر يلتقط فقط حركة الأجسام الساخنة. توجد دائمًا خلفية معينة للأشعة تحت الحمراء في الغرفة ، لذا فإن تحريك أي جسم ، حتى مع درجة الحرارة المحيطة ، يؤدي إلى تغيير في الخلفية العامة ويؤدي تشغيل المستشعر.

تشمل عيوب المستشعر الموصوف حقيقة أنه حساس فقط للحركات العرضية ، أي من خلية ضوئية إلى أخرى. عند التحرك على أسطح كل من الخلايا الضوئية ، لن يتم إنشاء الإشارة. لذلك ، عند تثبيت هذه المستشعرات ، ينبغي توجيهها وفقًا لذلك ، كما سيتم مناقشته أعلاه.

للتخلص من هذا التأثير الضار للحالات الحرجة بشكل خاص ، يتم تطويرها وتطبيقها. أجهزة الاستشعار على أساس أربعة الخلايا الضوئية. صحيح أن المستشعرات من هذا النوع أكثر تعقيدًا ومكلفة ، مما يعقد أيضًا مخطط الاتصال والتحكم.

تتوفر المستشعرات للتركيب التقليدي والسطحي (SMD). يظهر مظهرهم في الشكل 2.

الشكل 2. IRA-E710 مجسات. مظهر

استخدام مجسات الحركة

في البداية مجسات الحركة تهدف إلى خلق أنظمة الإنذار ضد السرقة. مع تطور قاعدة العناصر ، أصبحت أجهزة الاستشعار الكهروضوئية أرخص بكثير وأكثر بأسعار معقولة ، مما سمح باستخدامها للأغراض المنزلية.

إنه فوق كل شيء إدراج التلقائي للإضاءة، فتح الباب ، وكذلك إدارة أنظمة المراقبة بالفيديو. تتيح لك هذه الأتمتة توفير كمية كبيرة من الكهرباء أو التدفئة في الغرفة. عند استخدامها في أنظمة المراقبة بالفيديو ، يتم توفير المساحة على محركات الأقراص الثابتة بجهاز الكمبيوتر والتي تتحكم في تشغيل نظام الفيديو.

خوارزمية التبديل التلقائي للضوء

عندما يتم تشغيل المصباح تلقائيًا ، على سبيل المثال ، في المدخل ، عندما يظهر شخص ما في مجال رؤية الجهاز ، يجب أن تعمل الإضاءة ، ثم تنطفئ بعد مرور بعض الوقت. أثناء وجود شخص ما في مجال رؤية الجهاز ، يجب عدم إيقاف تشغيل الإضاءة ، تزداد سرعة الغالق. في ضوء النهار ، يجب ألا يحدث التضمين التلقائي للضوء.

كما تعمل الأضواء الكاشفة مع مستشعر الحركة المصمم للتركيب في الهواء الطلق على وجه التحديد: إضاءة البوابات والساحة بالقرب من المنزل ، والسلالم عند مدخل المتجر وفي حالات أخرى. تتوفر هذه الأضواء بالتزامن مع مستشعر الحركة ، أو يمكن أن يكون مستشعر الحركة منفصلًا.

واحد من دوائر التحكم في الإضاءة التلقائي هو مبين في الشكل 3.

الشكل 3. مخطط التحكم في الإضاءة من مستشعر الحركة (انقر على الصورة لعرض المخطط بتنسيق أكبر)

وصف الدائرة

كمستقبل للأشعة تحت الحمراء في الدائرة المستخدمة استشعار كهربي حراري PIR1. أمام الخلايا الضوئية الخاصة بها ، يتم تثبيت شعرية تعديل ذات خطوط ضيقة شفافة وشفافة ، والتي تقع أفقياً. لذلك ، اتضح أنه بالنسبة لكشاف ضوئي ، فإن أي كائن يتحرك عبر نطاقات صريف التعديل يكون إما مفتوحًا أو مغلقًا ، مما يتسبب في ظهور جهد كهربي بديل عند إخراج المستشعر.

ما سبق موضح في الشكل 4 ، والذي يوضح الموقع الصحيح للمستشعر. يتم تحديد حجم الكائن الذي اكتشفه الجهاز بواسطة عرض النطاق الترددي لشبكة التعديل. عن طريق تغيير النطاق الترددي ، يمكنك ضبط حساسية الجهاز ككل. يمكن ضبط عرض نطاق الجهاز عن طريق تغيير حجم شبكة تعديل الإطار.

الشكل 4. الرسم البياني لتركيب جهاز استشعار الحركة

يتم توفير طاقة مكبر الصوت الداخلي لمستشعر PIR1 إلى خرجه 1 عبر المرشح R1C1. تتم إزالة إشارة خرج المستشعر من الدبوس 2 وتغذيها إلى المدخلات غير المقلوبة للمكبر التشغيلي 1 من رقاقة LM324 من النوع DA1. هذه الرقاقة هي أربعة مضخمات تشغيلية (المرجع أمبير) مستقلة عن بعضها البعض. الشيء الوحيد الذي يوحدهم هو استنتاجات القوة المشتركة والقضية.

يتم تجميع مضخم صوت مكسب بنحو 150 في نظام التشغيل OS1 ، والذي يتصل به مستشعر PIR1 مباشرةً. إذا لم تكن هناك حركة في منطقة تغطية المستشعر ، عند إخراج OS1 ، يتم الحفاظ على مستوى ثابت للجهد ، أي حوالي نصف جهد مصدر الطاقة.

عند اكتشاف كائن متحرك في مجال رؤية المستشعر عند الطرف 2 ، يظهر جهد متناوب ، يتم تكبيره بواسطة OS1. عند إخراج OS1 ، يظهر مكون متغير ، يتم تغذيته من خلال مكثف C2 إلى مرحلة التضخيم التالية التي يتم إجراؤها على OS2 مع كسب ما يقرب من 100.

بعد هذه المراحل ، تصل إشارة تضخيمها إلى المستوى المطلوب إلى المدخلات من المقارنة على OU3 - دبوس 10 من رقاقة DA1. يتم تحديد مستوى استجابة المقارنة بواسطة قيمة المقاومات R8 ، R11 ، R20. في الحالة الأولية ، يكون جهد خرج المقارنة منخفضًا.

إذا ظهر عند النتاج الناتج ОУ2 - الناتج 14 - نبضات مستطيلة تتجاوز المستوى المحدد للتشغيل ، عند إخراج المقارنة ОУ3 - خرج 8 - سوف يظهر مستوى الجهد العالي ، وبصورة أكثر دقة ، النبضات التي تشحن المكثف C7. يمنع الصمام الثنائي VD5 تفريغ هذا المكثف من خلال إخراج المقارنة عندما يكون منخفضًا. لذلك ، لا يمكن تفريغ المكثف إلا من خلال الدائرة التسلسلية R14 و R22. باستخدام متغير المقاوم R22 ، يمكن تعيين وقت التفريغ في غضون 5 ثوان ... 5 دقيقة.

يتم توفير الجهد المتراكم على المكثف C7 إلى المدخلات غير المقلوبة للمقارن الثاني ، المصنوع على OS4 ، الذي تم تحديد مستوى الاستجابة بواسطة المقسم R9 ، R13. يتم تغذية إشارة الإخراج من هذه المقارنة إلى قاعدة الترانزستور VT1 ، والتي ، باستخدام صمام تحكم كهربائي يربط VD2 الحمل.

يتم تحديد وقت استجابة المقارنة على OS4 حسب وقت شحن المكثف C7 ، مما يزيد من وقت استجابة المستشعر: إلى أن تتوقف الحركة في مجال رؤية الجهاز ، سوف يعاد شحن المكثف C7. وبالتالي ، أثناء تحرك شخص ما في الغرفة ، لا يُضمن إيقاف الإضاءة.

من أجل عدم تشغيل الإضاءة خلال ساعات النهار ، يحتوي الجهاز على مستشعر ضوء مصنوع على ثنائي ضوئي VD7 من النوع FD263 ، والذي يتم تشغيله في الاتجاه المعاكس. يتم ضبط أوضاع التشغيل بواسطة الفاصل R15 ، R23.

يتم توفير الجهد من محرك المقاوم المتغير R23 إلى قاعدة الترانزستور VT2. في حين أن الثنائي الضوئي الداكن مغلق في الغرفة والجهد عند قاعدة الترانزستور VT2 مرتفع ، فإنه مغلق ولا يؤثر على تشغيل الدائرة.

مع زيادة الإضاءة ، يفتح الثنائي الضوئي ، وينخفض ​​الجهد عند قاعدة VT2 ، مما يؤدي إلى فتحه. يقوم ترانزستور مفتوح خلال الصمام الثنائي VD9 بقطع الإشارة من خرج المرجع أمبير 2 إلى دخل المقارنة في المرجع أمبير 3. لذلك ، لا يتم شحن المكثف C7 ولن يتم تشغيل الإضاءة أيضًا.

من أجل منع جهاز استشعار ضوء النهار من تشغيل الضوء الذي حان اليوم ، يتم حظر تشغيله من خلال الصمام الثنائي VD8 المتصل بإخراج المقارنة في OU4. يوفر Capacitor C10 تأخيرًا في تشغيل مستشعر الإضاءة المحيطة عند تشغيل المصباح ، مما يمنع الإنذارات الخاطئة للمستشعر.

قوة الجهاز هي transformerless. من خلال مكثف التبريد C9 ، يتم توفير جهد التيار الكهربائي إلى مقوم مصنوع في الصمامات الثنائية VD4 و VD6. تم تمويج تموج الجهد المعدل بواسطة المكثف C8 ، وتم تثبيت الجهد عند 16 فولت بواسطة الصمام الثنائي Zener. يتم استخدام هذا الجهد لتشغيل المرحلة الرئيسية في الترانزستور VT1 ، والذي يتحكم في تشغيل مفتاح الطاقة على triac VD2.

يتم تجميع منظم جهد محيطي 9.1 فولت على العناصر R2 و C3 و VD1 ، والذي يستخدم لتشغيل جميع العقد في الجهاز: جهاز استشعار PIR ، ودائرة كهربائية صغيرة DA1 ، و استشعار ضوء النهار على الترانزستور VT2.

يتم إنتاج الدائرة الموصوفة كمجموعة بواسطة Master Kit. تحتوي هذه المجموعة على جميع مكونات الراديو اللازمة ولوحة دائرة منتهية وساحة لتجميع الجهاز ، كما هو موضح في الشكل 5. كما تشتمل المجموعة أيضًا على تعليمات لتجميع الجهاز وإعداده.

على الرغم من أن الدائرة عمومًا تعتبر بسيطة ، وبتجميع خالي من الأخطاء من الأجزاء القابلة للخدمة ، يجب أن تبدأ العمل على الفور ، أريد أن أسترعي الانتباه إلى حقيقة أن لديها قوة بدون محول. لذلك ، أثناء التجميع والتكليف ، يجب أن تكون حذراً للغاية ، وأن تمتثل لقواعد السلامة ، بل وأن تستخدم محول عزل أفضل.

الشكل 5. حالة من مجموعة ماستر كيت

تدخل الدائرة وضع التشغيل بالكامل في غضون دقيقة ونصف إلى دقيقتين بعد تشغيلها ، لذلك يجب إعداد جميع الإعدادات بعد مرور هذا الوقت. الإعدادات بسيطة ويتم تقليلها لتعيين وقت التأخير المطلوب بواسطة المقاوم R22 ، وبمساعدة المقاوم R23 ، يتم تحديد عتبة مستشعر الضوء.

يتم تحديد عتبة مستشعر الحركة نفسه من خلال قيمة المقاوم R11.إذا كانت الزيادة في الحساسية ضرورية ، يمكن تخفيض قيمتها إلى حد ما. وفقًا لذلك ، مع وجود عدد كبير من الإيجابيات الخاطئة ، سيتعين عليك تغيير القيمة في اتجاه الزيادة.

يوضح الشكل 6 مخططًا آخر لمستشعر حركة الأشعة تحت الحمراء ، والذي يشبه جدًا الدائرة الموضحة في الشكل 3.

الشكل 6. استشعار الحركة بالأشعة تحت الحمراء. الخيار 2 (انقر على الصورة للتكبير)

تم تجهيز مخطط مماثل بمصباح كشاف به مصباح هالوجين على شكل جهاز واحد ، ويتم تثبيته ، كقاعدة عامة ، عند مداخل الأسر الخاصة. والغرض منه هو إطفاء الأنوار في الفناء عند وصول أصحاب المنزل ، بالإضافة إلى تحذير المالكين من تغلغل الضيوف ، بما في ذلك الضيوف غير المدعوين ، في الإقليم. يشبه المخطط نفسه إلى حد كبير النظام السابق ويؤدي نفس الوظائف ، لذلك لا يلزم تقديم وصف مفصل. دعونا نتحدث فقط عن العقد الفردية.

كمستشعر للأشعة تحت الحمراء ، يتم استخدام الترانزستور الضوئي PIR D203C ، ويتم تغذية الإشارة منه إلى شريحة DA1 ، كما هي الحال في الدائرة السابقة. يتم ضبط حساسية المستشعر بواسطة متغير VR3 المقاوم. يتكون مستشعر الضوء من مقاوم ضوئي CDS ، والذي ، من خلال الترانزستور الصيفي VT2 ، يمنع تشغيل الترانزستور VT1 ، والذي يتضمن مرحل التحكم في الحمل. لذلك ، في النهار ، لا يتم تضمين الكشاف.

مثل سابقتها ، تحتوي الدائرة على تأخير زمني ، يتم إجراؤه على المكثف C14 ، حيث يتم تنظيم وقت التفريغ بواسطة متغير VR1 مقاوم. يشار إلى حدود ضبط الوقت مباشرة على الرسم البياني.

تم تصميم مصباح كشاف هالوجين مزود بمستشعر للحركة للتثبيت في الشارع ، بحيث تقع القطط أو الكلاب أو الحيوانات الصغيرة الأخرى في منطقة تغطية المستشعر ، بالإضافة إلى الأشخاص. هذا يمكن أن يسبب كاذبة تحريك أجهزة الاستشعار وإدراج الضوء.

للحماية من مثل هذه الإنذارات الخاطئة ، يوصى بتثبيت شاشة واقية أمام المستشعر ، مما سيحد إلى حد ما من نطاق الرؤية للجهاز من الأسفل: إنه لا يكفي رؤية البوابة بأكملها ، بل النصف العلوي فقط ، لتمييز الشخص الذي جاء.

في أجهزة استشعار الحركة الأكثر تعقيدًا ، يتم حل هذه المشكلة عن طريق متحكم متكامل، وهو قادر تمامًا على تحديد حجم كائن: جهاز أو شخص أو ماوس. بالطبع ، هذه المجسات هي أكثر تكلفة.

التبديل التلقائي الإضاءة مع أجهزة الاستشعار الصوتية

إلى التحكم في الضوء في مداخل المباني السكنية تستخدم أيضا مفاتيح صوتية بصرية. تحتوي المفاتيح على ميكروفون وجهاز استشعار بصري وجهاز مفتاح إخراج.

إن منطق تشغيل هذه المفاتيح هو نفس منطق الأشعة تحت الحمراء: في النهار ، يتم إيقاف تشغيل الميكروفون بواسطة مستشعر بصري ، وفي الظلام سوف يتم تشغيل الإضاءة حتى مع وجود أصوات ضئيلة في المدخل. مدة التعرض حوالي دقيقة واحدة ، وبعد ذلك ينطفئ الضوء.

مع حدوث الأصوات الجديدة ، تتكرر الدورة. حساسية الميكروفون تجعل التقاط الصوت على مسافة 5 أمتار ، وهو ما يكفي لظروف الوصول. بالطبع ، لا يمكن استخدام هذا المستشعر في الشارع ، لأن الضوء سيشعل من أي صوت ، على سبيل المثال ، من سيارة تمر.

من الناحية الهيكلية ، تتوفر المفاتيح الصوتية البصرية في نسختين: إما كوحدة منفصلة مثبتة على الحائط أو السقف ، أو مدمجة في مصابيح من مختلف التصميمات. وتظهر هذه المفاتيح في الشكلين 7 و 8 ، على التوالي.

الشكل 7. مفتاح توفير الطاقة الضوئية - الصوتية EV-05

الشكل 8. المصباح ЭВС-01 مع مفتاح صوتي ضوئي مدمج

سعر هذه المفاتيح ، كقاعدة عامة ، هو أقل من مفاتيح التبديل بجهاز استشعار بالأشعة تحت الحمراء ، لذلك يمكن التوصية باستخدامها في السكن والخدمات المجتمعية ، على الرغم من أن هذا لا يستبعد تثبيت أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء.

اقرأ أيضا:كيفية اختيار وتكوين وتوصيل ترحيل الصور للإضاءة في الهواء الطلق أو في الأماكن المغلقة