Датчики присутствия Arduino: полный обзор

С каждым днем наши жилища становятся все комфортнее и функциональнее. Технологичность входит в наш дом в различных проявлениях: бытовая техника, осветительные приборы, различные дополнительные конструкции к уже имеющимся приборам и т.д. Последней новинкой на сегодняшний день являются датчики присутствия.

Сегодня самыми популярными являются датчики присутствия Steinel (модели ir quattro) и Аrduino. В этой статье мы разберемся, что это за приборы и как их можно использовать в домашних условиях.

Характеристики прибора

Датчик присутствия (Аrduino или Steinel ir quattro) представляют собой разновидность фиксаторов движения. Под этим понятием подразумевается инфракрасный прибор электронного образца. Это прибор способен обнаружить перемещение человека в заданной области контроля. При этом он коммутирует с питанием различных электроприборов (наиболее часто с освещением).
Принцип работы устройства базируется на отслеживании датчиком уровня инфракрасного излучения в заданной области работы (особенно пироэлектрического типа). Здесь в роли сенсора выступает первичный преобразователь. Он является элементом сигнального, измерительного, регулирующего, а также управляющего устройства системы, которая преобразует контрольные величины в сигнал, удобный для пользования. Иначе это можно выразить следующим образом: сенсор – элемент системы, необходимый для измерения неэлектрических величин электрическим способом.

Любой человек, а вернее его тело, излучает температуру отличную от нуля (за ноль в данной ситуации берется -273°С). В результате человек обладает электромагнитным тепловым излучением. Именно это излучение улавливается прибором в качестве сигнала.
При улавливании тепловых лучей, они фиксируются на сегментной линзе и перенаправляются к пиродетектору. При передвижении тела в заданной прибору области происходит оценка датчиком теплового излучения пиродетектором и создание в нем напряжения. Созданное напряжение применяется в качестве сигнала для электроники.
Пиродатчик с помощью линзы, обладающей высокой разрешающей способностью, позволяет создать для помещения типичную и квадратную зону охвата. Именно в ней датчик и будет регистрировать самые мельчайшие движения.

Обратите внимание! Все настройки установки и выходных разъемов, а также дальность действия осуществляются с помощью потенциометров или дистанционного дополнительного управления.

На выходе сенсора монотонный сигнал определяется уровнем инфракрасного излучения, который был усреднен в области работы датчика.
Для определения, перемещается ли объект в контролируемой области, в устройстве применяется линза Френеля. В редких случаях вместо данной линзы используется система специально вогнутых сегментных зеркал/линз. С помощью такой системы или линзы и происходит проекция теплового излучения на пиросенсоре, преобразуя его в электроимпульс.
В зависимости от того, насколько датчик был настроен по чувствительности, происходит выдача двух или трех импульсов.
Такой принцип работы позволяет наиболее эффективно организовать освещение в помещениях, где имеется высокий процент «проходящих» людей.

Область применения

Внешне датчик может иметь разнообразный дизайн, что позволяет подобрать его под имеющийся интерьер в одном стиле с розетками и выключателем.
Чаще всего такие приборы применяются в следующих областях:

• охранные сигнализации;
• система «умный дом»;
• управление освещения в автоматическом режиме.

В качестве управления в автоматическом режиме подобные датчики применяются в офисных зданиях, частных или государственных организациях, общественных заведениях и т.д. Регулировка освещения идет в зависимости от присутствия людей в рабочей зоне прибора, а также интенсивностью естественного освещения.

Первая модель

Датчик Arduino является электронным конструктором, предназначенным для быстрой сборки автоматических устройств различной степени сложности (высокой, средней и низкой). В основе этого устройства находятся микропроцессорные модули, датчики, а также интерфейсы к ним.

Обратите внимание! Во внедрении данного устройства в приборы большое значение имеет комфортная среда разработки. Лучшим решением будет применение C++. Эта программа позволит значительно упростить создание проектов по прошивке.

Эта программа позволит значительно упростить создание проектов по прошивке.
В результате получается полупроводниковый электронный сенсор с достаточно высокой точностью работы.
Помимо этих датчиков также используются разнообразные механические (реагирующие на прикосновение) и химические устройства (реагирующие на конкретные химические показатели). Но последние используются только в редких случаях. Например, они могут реагировать на некоторые газы или пары спиртов. Но их стоимость значительно выше, чем обычного процессорного модуля (в диапазоне от 10 до 50%).
Датчики Arduino классифицируются по тому параметру, на реакцию которого они настроены реагировать (температурный, звуковой или ультразвуковой показатель и т.д.).
Благодаря эффективному принципу работы, а также многофункциональности в плане измеряемых параметров, датчики Arduino на сегодняшний день широко применяются в самых разнообразных сферах деятельности человека.

Вторая модель

Датчики присутствия Steinel (наиболее популярная модель — ir quattro com1) на сегодняшний день разрабатываются немцами.

Эти устройства могут считывать сигнал следующих видов:

• инфракрасный или тепловой параметр;
• высокочастотный параметр;
• ультразвук.

В зависимости от типа прибора можно подобрать устройство с различной степенью чувствительности, избежав тем самым возможность срабатывания прибора при незначительных перемещениях в зоне его работы. В результате освещение без надобности активироваться не будет. Это объясняется тем, что у датчика линза для улавливания различного рода излучения обладает более тонкими настройками чувствительности. Поэтому она может считывать незначительное движение и адекватным образом реагировать на степень освещенности в помещении.
Как правило, эти датчики применяются в небольших помещениях:

• туалет;
• ванная комната;
• санитарный узел;
• коридор;
• кабинет.

В этих ситуациях для адекватного освещения в автоматическом режиме будет достаточно одного самого простого датчика. Но их запросто можно использовать в помещениях и с большими размерами. Здесь необходимо будет применять более сложные модели (например, тип HD).
Обратите внимание! При одновременном подключении датчика к освещению и вентилятору следует использовать двухканальный тип устройства. В этой ситуации можно провести настройки, с помощью которых через определенный временной промежуток произойдет отключение вентилятора.
По типу установки такие датчики могут быть следующих типов:

• потолочный;
• внутренний;
• накладной.

Модели Steinel между собой могут различаться по следующим показателям:

• дистанция срабатывания;
• тип принимаемого датчиком сигнала;
• точность настройки задаваемых параметров работы устройства;
• мощность прибора;
• вид защиты;
• задержка включения;
• дополнительные комплектующие (пульт дистанционного управления и т.д.);
• допустимая нагрузка;
• напряжение;
• угол охвата области работы;
• площадь зоны срабатывания при радиальном и тангенциальном движении;
• длительность постоянного включения.

Такая же разбивка по моделям характерна и для датчика Arduino. Помимо этого данные приборы обладают заводскими показателями по высоте установки, температурному режиму работы, сенсору и прочим параметрам функционирования устройства.

Датчик и освещение

Сегодня датчики присутствия уже не представляют собой новинки. Их можно встретить в самых разнообразных, а порой и неожиданных местах, как в частном доме, так и в общественных помещениях государственных структур.
Датчики Steinel ir quattro или Arduino довольно часто используются вместе с осветительными приборами, обеспечивая более рациональный и эффективный контроль над интенсивностью освещения.
Преимущества использования Arduino или Steinel ir quattro заключаются в следующих аспектах:

• экономия электроэнергии, благодаря тому, что свет зажигается только при необходимости;
• удобное применение одновременно с другими приборами;
• доступность по ценовой политике;
• возможность легкой настройки приборов (особенно модели ir quattro);
• возможность встраивания в охранные системы в качестве светового сигнала.

Но, несмотря на столь явные преимущества, и Steinel ir quattro, и Arduino имеют один существенный недостаток – высокая чувствительность в работе. Они могут сработать случайно, поскольку точно настроить их чувствительность все же не всегда удается. В результате датчики могут среагировать даже на небольшое движение в контролируемой области. Это связано с тем, что даже малоподвижный объект способен давать достаточный для срабатывания устройства отраженный сигнал. Данный недостаток больше характерен для Arduino, чем для Steinel (модели ir quattro).
Но в случае применения прибора присутствия в качестве части охранной системы, такой недостаток трансформируется в плюс. Здесь даже на руку тот факт, что устройство функционирует длительный период, что позволяет отследить даже небольшое движение в ситуации длительного сохранения объектом неподвижности.

Функциональное дополнение

Датчики Arduino или Steinel ir quattro com1 (плата) могут быть дополнены разнообразными сенсорами и улавливающими устройствами (функциональное дополнение). Благодаря этому возможно некоторое расширение сферы применения таких приборов. Например, они могут применяться в автоматизации физических процессов и приборостроении, подсчете числа пассажиров и т.д.
Помимо этого Arduino или Steinel ir quattro com1 наиболее часто применяются в проектах «умный дом» с целью автоматизации домашних и бытовых процессов. Также в последнее время Arduino стали широко использоваться в робототехнике.

Еще одной сферой применения Arduino являются охранные системы. С его помощью происходит включение камер видеонаблюдения, звуковой системы оповещения или освещения. Стоит отметить, что в охранной области датчики Arduino востребованы более всего.
Также данное устройство используется в качестве дальномера. С его помощью можно измерять дальность в области 5 метров. При этом точность составит до 1 см. На такое способны ультразвуковые датчики, работающие как акустический локатор небольшой мощности.
Использование в домашних условиях датчика присутствия различных моделей (Steinel или Arduino) позволит вам повысить эффективность освещения и сделать его более экономичным. Здесь главное провести правильную установку и настройку прибора на работу в заданной области. Подбирайте для помещений те модели датчиков и по тем параметрам, которые позволят ему наиболее эффективно выполнять свою работу – освещать помещение при повелении в нем человека.