Экономия, комфорт и безопасность: датчики движения для включения света

Наверняка каждый оказывался в темном и незнакомом помещении и проводил какое-то время в поисках выключателя, ощупывая стены. Хорошо если выключатель с подсветкой, но далеко не всегда это так. Хорошо, если пол в помещении ровный, а если нет? А если это лестница?

 

До недавнего времени такие неприятные ситуации обходили тем, что оставляли постоянное общее или дежурное освещение особенно в общественных местах: в подъездах и перед ними, на лестницах, автостоянках, тротуарах.

В современных жестких требованиях по экономии энергии лучше воспользоваться новым элегантным, технологичным и эффективным способом – включение освещения только тогда, когда в освещаемой зоне появляется человек или происходит какое-либо движение. Для этого и существуют датчики движения.

Виды датчиков движения

Датчик движения, как и следует с его название, — это устройство, обнаруживающее передвижение каких-либо объектов в зоне своего действия. Развитие высоких технологий и широкое внедрение их в жизнь позволило сделать такие устройства компактными и вполне доступными по цене каждому. Где их применение оправдано?

• В подвалах, кладовках, гаражах, где обычно трудно найти выключатель. Тем более что в этих помещениях очень часто у человека заняты руки.
• В проходных помещениях, где люди появляются часто, но недолго. Это: лестницы, подъезды, коридоры проходные помещения.
• В местах, где включение света должно происходить заблаговременно, до появления там человека. Это: входные двери в подъезды, крыльцо дома, въезд в гараж.
• Для комфорта датчики движения могут применяться в ванных комнатах и туалетах, причем они могут включать не только освещение, но и вытяжную вентиляцию.
• Датчики движения широко применяются в системах охранной сигнализации.

По принципу действия датчики движения можно разделить на несколько групп:

• Ультразвуковые датчики, которые используют для регистрации движения отраженные от объектов ультразвуковые волны
• Микроволновые, которые применяют энергию электромагнитных волн высокой частоты
• Инфракрасные датчики регистрируют движение по инфракрасному излучению, которое свойственно всем нагретым телам, в том числе и человеку

Датчики движения по способу получения сигнала от объектов подразделяются на:

• Активные датчики, которые сами излучают и регистрируют от объектов отраженный сигнал. Для их работы требуется излучатель и приемник. Это сильно усложняет конструкцию, что сказывается на цене.
• Пассивные датчики – те, которые регистрируют собственное излучение объекта. Более простая конструкция делает их дешевле, но вероятность ложных срабатываний у таких датчиков выше.

Ультразвуковые датчики

Принцип работы ультразвукового датчика заключается в облучении окружающего пространства в зоне действия звуковыми волнами с частотой 20—60 кГц. Отражаясь, они регистрируются датчиком, и в них идет сравнение частот. Если в зоне действия были движущиеся предметы, то согласно эффекту Доплера произойдет частотный сдвиг у отраженного сигнала, что зарегистрирует датчик.

Ультразвуковые датчики применяются в основном в автомобильных охранных системах и парктрониках благодаря своим преимуществам:

• Невысокая стоимость.
• Не подвержены влиянию окружающей среды (изменению температуры, высокой влажности или запыленности).
• Для них не важен материал двигающегося объекта.
• Естественно, такие датчики могут использоваться для включения освещения, но в этом их применение ограничено в силу их недостатков:
• Ультразвуковые частоты слышат домашние животные, что вызывает у них беспокойство.
• Дальность действия их ограничена.
• Такие датчики могут сработать только на достаточно резкие движения, неспешный шаг человека может не вызвать их срабатывания.

Микроволновые датчики движения

Аналогично ультразвуковому датчику микроволновый тоже является активным, то есть излучающим волну и принимающим отраженный сигнал. Только в нем используется не звуковая волна, а электромагнитная, с частотой 5,8 ГГц. По сути, он является мини-радиолокационной станцией – РЛС.

В определенном секторе микроволновой датчик излучает радиоволну, которая отражается от всех предметов, находящихся в зоне его видимости. Если все предметы неподвижны, то отраженный сигнал будет с такой же частотой. Как только появляется сдвиг частот, датчик срабатывает, так как это говорит, что появился движущийся объект.

Микроволновые датчики имеют ряд преимуществ, которые обуславливают их применение прежде всего в охранных системах:

• Они имеют небольшие габаритные размеры, что позволяет делать их скрытую установку.
• В зависимости от мощности передатчика и чувствительности приемника они могут иметь большой радиус действия.
• Микроволновые датчики могут работать даже за легкими ограждениями из непроводящих материалов.
• Они очень точны, даже малейшее движение в зоне видимости определяется с высокой точностью, на их работу не влияют погодные условия.
• Для включения света они используются крайне редко из-за своих недостатков:
• Микроволновые датчики имеют самую высокую цену из всех разновидностей датчиков движения.
• Их высокая чувствительность может инициировать ложные срабатывания. Например, человек, проходящий за забором или окном, может определяться как находящийся в зоне ответственности.

СВЧ излучение плотностью мощности более 1 мВт/см2 является вредным для человека. Поэтому вблизи датчиков с большим радиусом действия нежелательно нахождение людей и животных.

Инфракрасные датчики движения

Как известно, все объекты излучают инфракрасное излучение (ИК) и чем больше температура объекта, тем интенсивнее ИК-излучение. В инфракрасном датчике главным регистрирующим элементом является пироэлектрический элемент, который при определенном уровне ИК излучения выдает определенный потенциал на выходе.

Поле зрения ИК датчика движения определяет так называемая линза Френеля, которая собирает свет в определенном секторе и фокусирует его на пироэлектрическом элементе. Если обстановка в поле зрения не меняется, то потенциал на выходе будет постоянным. При появлении и перемещении какого-либо объекта излучающего ИК лучи, меняется и потенциал на выходе пироэлектрического элемента, что является сигналом для срабатывания датчика.

ИК датчики освещенности нашли наибольшее применение в качестве выключателей света в силу своих преимуществ:

• ИК датчики – пассивные, они ничего не излучают, поэтому не могут нанести никакого вреда людям и животным.
• Они имеют необходимые регулировки, позволяющие тонко настраивать угол обзора и порог срабатывания датчика.
• ИК датчики прекрасно работают и в помещениях, и на улице.
• Они имеют разумную цену.

К недостаткам инфракрасных датчиков движения можно отнести:

• Наличие природных тепловых потоков, излучений радиаторов отопления, тепловых вентиляторов и кондиционеров может приводить к ложным срабатываниям.
• Стабильная работа датчика возможна только в ограниченном диапазоне температур.
• Объекты, покрытые материалами, не пропускающими ИК излучение, регистрироваться не будут.

Оптимальным выбором датчика движения для включения света являются инфракрасные датчики, которых существует огромное разнообразие по дизайну, техническим характеристикам, типу монтажа и т. д.

Основные характеристики датчиков движения

1. Датчики движения бывают двухполюсными и трехполюсными. Двухполюсные могут работать только с лампами накаливания и включаются последовательно с осветительными приборами. Трехполюсные модели – универсальные, к ним можно подключать любые виды ламп.

Кроме этого, датчики характеризуются радиусом действия или зоной охвата, то есть, с какого расстояния до движущегося объекта они начинают срабатывать. Обычно этот показатель у разных датчиков составляет от 3 до 12 метров.

2. Следующая важнейшая характеристика – угол обнаружения в горизонтальной плоскости, который в ИК датчиках движения в основном определяется свойствами линзы Френеля. Обычно он составляет у разных моделей от 60 до 360 градусов. В вертикально плоскости угол обнаружения всех ИК датчиков движения составляет примерно 15—20 градусов.

3. Номинальная мощность нагрузки, которая может подключаться к датчику движения – важнейший показатель. Если суммарная нагрузка будет больше, чем это позволяет датчик движения, то придется ставить промежуточное мощное реле или ставить два датчика движения и распределять нагрузку.

Надо учесть, что люминесцентные и энергосберегающие лампы имеют и реактивную мощность и это надо учитывать при проектировании. Обычно принимают допустимую реактивную нагрузку в два раза меньше, чем активную, если это не указано в паспорте на датчик.

Датчики движения отключаются не сразу после того, как объект удалился из зоны видимости, а с некоторой задержкой, которая регулируется в широких пределах: обычно от 5 секунд до 10 минут. Это делается для того, чтобы при появлении в освещаемой зоне человека он смог пройти ее полностью, даже не находясь в поле зрения датчика. Например, освещение подъездов или лестниц. Такой показатель называется задержка времени отключения.

4. Параметры электропитания. В характеристиках всегда указывается напряжение питания и потребляемая мощность. ИК датчики обычно питаются от сети 220 В, а мощность имеют ничтожно малую – до 1 Вт.

Современные датчики движение для освещения могут оценивать уровень освещенности при помощи специального сенсора. Это сделано для предотвращения срабатывания датчика в светлое время суток или при достаточном уровне освещенности от других источников света. Порог срабатывания в большинстве датчиков величина регулируемая, и в характеристиках указывается минимальный уровень в люксах, например порог срабатывания – 5 лк.

По конструктивному исполнению датчики движения могут быть:

• Наружными, когда их монтаж выполняется при помощи специальных кронштейнов, которые могут быть стеновыми, угловыми, поворотными и другими.
• Встроенными, которые монтируются в стандартные монтажные коробки под выключатели или в отверстия в потолке под светильники.

Некоторые потолочные датчики сделаны так, что их невозможно отличить от светильников, другие встраиваются в монтажные коробки и совмещают функции датчика движения и выключателя, а это очень удобно.

По условиям эксплуатации датчики движения можно условно разделить на уличные со степенью защиты не менее IP44, и те, которые можно эксплуатировать внутри помещений. Использовать датчики для помещений на улице не рекомендуется, так как они быстро выйдут из строя. А уличные датчики в помещениях эксплуатировать можно, но экономически нецелесообразно.

Способы подключения датчиков движения

Подключить современный датчик движения для управления освещением очень просто. Для этого на каждом датчике есть клемма, состоящая из трех (реже четырех) выводов: L – фазный входной провод, N – нулевой входной провод, и клемма, которая может обозначаться стрелкой — → или сочетанием буквы L со стрелочкой →, или буквой A.

В любом случае вместе с новым датчиком в его паспорте должна быть приведена схема подключения. Очень редко встречается четвертая клемма PE, к которой подключается защитное заземление. Ни в коем случае нельзя путать ноль рабочий (N) с защитным заземлением (PE). Они выполняют совершенно разные функции.

К клемме L подключают фазный провод, который обычно в электропроводках имеет изоляцию коричневого или красного цвета. Однако, он может быть и другого цвета, перед подключением нужно убедиться, что провод именно фазный при помощи отвертки-индикатора. Клемма рассчитана на подключение медного провода площадью поперечного сечения не более 1,5 мм. Если провод многожильный, то зачищенный конец надо залудить или надеть наконечник и обжать.

К клемме N подключают нулевой рабочий провод (не путать с защитным нулем!). В электропроводках он должен быть синего цвета, но может быть и другого. Отверткой-индикатором следует проверить нет ли на нем фазы, а также убедиться, что между фазным проводом и нулем напряжение составляет 220 В. Это легко сделать мультиметром.

К третьей клемме подключаются светильник или группа светильников. Очень важно убедиться в том, что их суммарная мощность не превосходит номинальной мощности нагрузки конкретного датчика движения. Схема коммутации представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

Бывают ситуации, требующие постоянной работы светильников. Например, при входе гараж датчик включил свет, а потом хозяин полез под машину и датчик, не увидев никакого движения, свет выключит через время задержки. Чтобы этого не случалось параллельно датчику добавляют выключатель.

Такой способ подключения показан на рисунке 2. После того, как работа в гараже закончена, хозяин выключает свет, но движение в поле зрения датчика активизирует его, поэтому питание светильников идет через реле датчика. Как только всякое движение в гараже прекращается, по истечении времени выдержки, датчик отключает свет.

Рисунок 2

В длинных коридорах или при движении по лестничным маршам, в помещениях сложной формы бывают ситуации, когда один датчик движения не может «обслужить» всю зону, которая требует освещения. В этом случае зона разбивается на участки, каждый из них будет обслуживать свой датчик движения, который подключается к другому параллельно. Светильники при этом подключаются к одному из датчиков. Такой способ показан на рисунке.

Большинство датчиков движения рассчитаны на нагрузку от 500 Вт до 1000 Вт, однако может сложится ситуация, когда необходимо подключить более мощную нагрузку. Например, при входе на садовую дорожку должно загораться освещение дорожек, освещение пруда и запускаться фонтан. Тогда вместо мощной нагрузки к датчику движения подключают катушку магнитного пускателя, которая воздействует на силовые контакты, рассчитанные на большую нагрузку. Схема подключения при таком способе показана на следующем рисунке.

Рисунок 3

Правила размещения датчиков движения

Установка датчиков движения для включения света в помещениях

Рекомендуется до начала установки вычертить план помещений и наметить места установки датчиков. Для этого рисуются их диаграммы направленности и при этом добиваются того, чтобы датчик выполнял свою функцию, то есть при входе человека в помещение и перемещения во всех его частях свет продолжал гореть. При планировании размещения датчиков следует соблюдать следующие правила:

• Прямой свет от ламп не должен падать на датчик движения
• В зоне ответственности датчика не должно быть прозрачных перегородок, инфракрасное излучение не проходит через стекло
• В зоне действия датчика не должно быть больших предметов, сильно затрудняющих обзор
• Радиаторы отопления и кондиционеры также не должны попадать в зоны видимости, так как датчик фиксирует движение любых нагретых объектов, в том числе и потоков воздуха
• В больших помещениях оправдано применение потолочных датчиков с круговой зоной обнаружения, причем размещают их в геометрическом центре

Установка датчиков движения на улице

И в этом случае рекомендуется вычертить план участка, где стоит показать расположение дома, крупных деревьев, других строений, освещаемых зон и светильников. Только после этого можно приступать к планированию размещения датчиков. На схеме показываются зоны ответственности датчиков. При этом руководствуются следующими правилами:

• Датчики не должны находиться в местах воздействия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков
• Между датчиком и зоной его срабатывания не должно находиться крупных деревьев, кустарников, источников тепла и прямых лучей от светильников
• Не следует рассчитывать на максимальное расстояние срабатывания, так как тогда датчик может несанкционировано срабатывать от других объектов. Лучше даже немного «загрубить» его зону путем небольшого наклона, но тогда он будет гарантировано срабатывать от человека
• Если диаграмма датчика слишком широкая, ее легко сузить специальными шторками. При их отсутствии можно приклеить полоски из непрозрачного материала прямо на внешнюю сторону линзы Френеля
• Необходимо периодически очищать корпус и стекло датчика от загрязнений

Заключение

Применение датчиков движения для управления освещением позволяет не только экономить энергию, но и повышает комфорт и безопасность.

Среди всех видов датчиков движения (ультразвуковые, микроволновые и инфракрасные) для управления освещением оптимально использовать именно инфракрасные датчики.

При необходимости размещения датчика движения на улице, нужно выбирать устройство с классом защиты не менее IP44.

Все подключения датчиков должны производиться только при снятом напряжении.