Датчик инфракрасного передатчика - VISTAGRUP.RU

Датчик инфракрасного передатчика

Типы инфракрасных датчиков и способы их подключения

Инфракрасным (ИК) датчиком (сенсором) называется электронное устройство, сигнализирующее об изменении интенсивности инфракрасного излучения в определенном секторе обзора.

Разновидности и особенности

Существующие инфракрасные датчики бывают пассивные и активные.

Пассивные сенсоры обнаруживают объект при помощи пироэлектрического чувствительного элемента. С целью повышения чувствительности датчики оснащается оптической системой линз. В условиях перепадов температуры для повышения термостабильности обычно используется парный вариант соединения, при котором элементы включаются встречно.

В отличие от пассивных аналогов, активные датчики сами являются источником инфракрасного излучения и отслеживают отраженные инфракрасные волны. Они обладают большей достоверностью отсылаемого сигнала и меньшим числом ложных срабатываний, однако не столь энергоэффективны – потребляют электроэнергию от встроенного аккумулятора или электросети.

Извещатели скорости

Извещатели скорости осуществляют синхронизацию скоростей нескольких двигателей. Также в существующих системах охранной сигнализации с помощью извещателей скорости осуществляется контроль внутреннего объема помещений, с высокой эффективностью блокируется территория «на проход» человека, перемещающегося со скоростью 0,3–3,0 м в секунду. Он оперативно реагирует на перепады температур в секторах «нарезки» контролируемого объема (с помощью оптической детали со ступенчатой поверхностью, называемой линзой Френеля), если он находится в пределах зоны чувствительности.

Детекторы PIR

PIR детекторами называют пассивные (не излучающие тепловые лучи) инфракрасные устройства, служащие для визуальной фиксации положения объекта. PIR детекторы обычно используются для контроля общественных помещений и автоматического открывания дверей.

Пироэлектрический чувствительный элемент представляет цилиндрическое устройство с кристаллом прямоугольным формы в центре, улавливающем ИК свет. Поскольку PIR детектор должен реагировать на движение объекта, излучающего тепло, одна половина датчика улавливает больший уровень излучения, чем другая. Вследствие этого на выходе будет генерироваться цифровой сигнал «high» (обычно напряжением 3В), когда есть движение, или «low, когда движение объекта отсутствует.

ПИР датчики используют в случае необходимости определить присутствие человека в пределах контролируемого пространства. Они не определяют расстояние и количество человек на территории.

Возможно ложное срабатывание на домашних питомцев и другие теплокровные объекты.

Извещатели температуры

ИК извещатель относится к наиболее распространенному типу извещателей температур, используемых для промышленного контроля температуры технологических процессов. Минимальная достаточная чувствительность пироэлектрического элемента обычно находится на уровне 0,1°С, для этого используется пироэлемент размером 1,0 х 2,0 мм и толщиной в несколько микрон.

Сенсоры объемные

Инфракрасные объемные сенсоры – пассивные экземпляры. Очень часто они используются для охраны автомобилей. Приспособления не излучают ничего, работая только «на прием», и реагируют на изменение распределения ИК лучей с раскрывом по вертикали/горизонтали порядка 90º, то есть являются объемными. Дальность действия разных моделей отличается, как правило, она составляет 6–12 метров.

В случае перемещении объекта с температурой отличной от окружающего фона, пироэлектрический сенсор генерирует электрический импульс. Этот импульс обрабатывается по определенному алгоритму: сначала повышается его помехоустойчивость (избирательность), затем формируется сигнал тревожного извещения. По проводам или беспроводной связи после усиления сигнал поступает на соответствующий пульт охраны, например, контрольную панель автостоянки.

Принцип действия

Принцип действия инфракрасного датчика основывается на явлении пироэлектрики. Основой датчиков является пироэлемент – искусственно синтезированный кристалл. По свойствам он аналогичен природным кварцу или турмалину, но обладает большей пироэлектрической чувствительностью, позволяющей на большем расстоянии визировать инфракрасное свечение. Выступая в роли приемника квантов ИК излучения, элемент реагирует на тепловое (инфракрасное) излучение с длиной волны 0,74-2000 мкм. На металлических обкладках конденсатора, между которыми помещен сам кристалл, возникает электрический потенциал. Он прикладывается к участку затвор – исток встроенного в датчик полевого транзистора, запускающего работу электрической цепи.

Применение

ИК датчики составляют около 50% работающих сенсоров движения в мире. В быту высокочувствительный компонент используются в системах сигнализации. В комбинации с акустическими, ультразвуковыми и оптическими аналогами инфракрасный сенсор задействован в системах пожаротушения и охраны.

Радиационные термометры

Радиационный термометр (пирометр) – бесконтактный датчик температуры, действие которого основывается на зависимости температуры от количества передаваемой мощности теплового электромагнитного излучения. Они способны на расстоянии мерять температуру от -50ºС до +3000 ºС. В различных сферах деятельности применяют пирометры с показателем визирования 1:5 – 1:200.

Анализаторы влажности

В одном распространенном способе измерения влажности используется облучение инфракрасным светом с длиной волн 1,1–2,7 мкм, которые поглощаются влажным объектом, и эталонными частотами. Отраженные излучения детектируются и сравниваются (анализируются). Полученное значение соотношения определяет процент влажности сыпучего вещества или твердотельного предмета. Современный инфракрасный анализатор влажности определяет содержание влаги с точностью от 0,1 до 0,01%.

Газовые анализаторы

Инфракрасные датчики применяются в промышленности в качестве газоанализаторов, также контролируют утечку бытового газа в доме/на даче и определяют содержание вредных веществ в выхлопе автомобилей. Контроль содержания метана в помещении, концентрации CO и CO2 в выхлопном газе с погрешностью ≤10% заключается в отслеживании способности проверяемого газа поглощать/снижать интенсивность ИК излучения при прохождении в измерительной камере с образцом.

ИК-приемники

В отличие от стандартного ИК детектора, инфракрасный приемник не только принимает, но и производит цифровое преобразование инфракрасного сигнала. Образующиеся в приемнике импульсы фиксированной частоты определенной длительности защищают устройство от ложных срабатываний. Это особенно актуально в местах с высоким фоновым излучением и помех со стороны бытовых приборов в инфракрасном диапазоне.

Преимущества и недостатки

ИK датчики обладают рядом преимуществ, обеспечивших повсеместное использование этого вида:

  • избирательность по отношению к контролируемому объекту;
  • надежность канала передачи информации и неприхотливость в процессе эксплуатации;
  • способность современных моделей передавать тревожный сигнал самыми различным получателям: на панель охраны, компьютер, мобильный телефон через GSM модуль с SIM картой;
  • возможность наращивать систему за счет подключения дополнительных датчиков.

К недостаткам инфракрасных датчиков следует отнести:

  • игнорирование охранными датчиками человека, облаченного в плотную, не пропускающую наружу тепло, одежду;
  • возможность глушения радиосигнала 315 и 433 МГц беспроводных датчиков системами подавления.

Критерии выбора

При выборе ИК датчиков покупателей интересует внешний вид, эргономичность и оперативность срабатывания современных моделей. Существуют свойства товарных позиций, на которые покупателям следует в первую очередь обратить внимание.

Устойчивость к атмосферным осадкам

Атмосферные осадки могут негативно влиять на функционирование чувствительной электроники. Наилучшим способом защиты от дождя, снега и града считается размещение прибора в корпусе с высокой степенью пылевлагозащищенности IP66.

Доступные виды источников питания

В комплект поставки устройства обычно входит аккумуляторная батарея или аксессуары для подключения к источнику питания. Это может быть шлейф с разъемами, сетевой адаптер.

Возможность подключения к центральной системе сигнализации

Инфракрасные сигнальные датчики адаптированы для взаимодействия с различными контрольно-приемными панелями. В ряде модификаций предусмотрена подача тестовых сигналов на центральный блок и сигналов о разряде батареи.

Возможность настройки чувствительности

Датчики с регулируемой настройкой чувствительности имеют преимущество перед моделями без такой регулировки. Настройка производится поворотом колесика регулятора из положения max (high или +) в сторону отметки min (low или -).

Параметр настраивается таким образом, чтобы устройство не реагировало на мелких животных, но срабатывало при обнаружении человека.

Возможность скрытой установки

Существуют охранные датчики скрытой установки, встраиваемые в потолок или стену. Корпус устройства утапливается в заранее подготовленное отверстие, снаружи видна только оптика пироэлектрического элемента, осуществляющая круговое обнаружение.

Сферы применения

Высокотехнологичные устройства в равной степени востребованы в промышленности и на транспорте в качестве элементов контроля. Особое место датчикам отводится в охранных системах и системах жизнеобеспечения типа «умный дом».

Охранные системы

Охранные датчики считаются своего рода «чувствительными рецепторами» систем охранной сигнализации. Они помогают обнаружить преступника в помещении или на контролируемой территории, формируют и передают сигнал тревоги на пульт, извещая о необходимости принятия мер реагирования.

Системы «умного дома»

Обычно инфракрасным датчикам, интегрированным в систему «умный дом», отводится роль важнейшего компонента системы интеллектуального включения/выключения света (сенсора присутствия). С его помощью включаются светильники в помещениях дома или уличные фонари при появлении теплокровного объекта.

Правила эксплуатации

Правила эксплуатации устройства производитель прописывает в руководстве по эксплуатации. В составе сопроводительной документацией оно передается покупателю при покупке товарной позиции.

Принцип работы инфракрасного датчика движения

В основе охранной системы лежат разного рода фиксирующие устройства: измерители звука, регистраторы движения. Инфракрасный датчик – самый популярный прибор, предназначенный для фиксации перемещающихся тепловых объектов. Они просты в обслуживании, надежны и довольно чувствительны.

  1. Принцип работы устройства
  2. Устройство и конструкция инфракрасного датчика
  3. Оптическая система
  4. Пирочувствительные элементы
  5. Обрабатывающий модуль
  6. Технические характеристики и особенности
  7. Сравнение с микроволновым датчиком
  8. Схема подключения
  9. Сфера применения инфракрасного датчика
  10. Особенности и критерии выбора
  11. Достоинства и недостатки инфракрасного датчика движения

Принцип работы устройства

ИК датчики движения обычно используют в системах освещения

Любой объект, температура которого не ниже температуры воздуха, излучает тепло. Задача инфракрасного датчика – выделить его на общем тепловом фоне и при перемещении в заданной зоне подать сигнал.

Человек – тепловой объект достаточно «горячий» по сравнению со стенами квартиры или дома, землей или деревьями. Это и позволяет сенсору выделить его на общем фоне. Это же приводит к сбоям в работе сигнализации, если тепловой фон в здании сильно повышен.

Когда тепловой объект подходящего размера и температуры пересекает обслуживаемый сектор, измеритель регистрирует движение. Затем датчик подает сигнал на блок управления. В зависимости от того, для чего предназначен рабочий прибор с датчиком, управляющий модуль включает свет, активирует охранную сигнализацию и прочее.

Зона работы регистратора ограничена. Радиус обнаружения должен дотягиваться до всех углов помещения либо до конца зоны в саду. Если это не так, монтируют 2 или больше измерителей. Если устройство подает сигнал на блок включения света, радиус может быть меньше.

Устройство и конструкция инфракрасного датчика

Устройство датчика движения

Конструкция большинства устройств от разных производителей уникальна. Однако общая схема обязательно включает несколько элементов.

Оптическая система

Чаще всего это линза Френеля. Она представляет собой совокупность призматических фасеток – микролинз, закрепленных на выпуклую пластинку – цилиндр. Каждая линза фиксирует ИК-излучение на своем участке и передает данные на пирочувствительный элемент. Таким образом создается определенная конфигурация теплового объекта. Если последний не перемещается, она не изменяется. Но если объект движется, тот же ИК-поток при перемещении попадает уже на следующую микролинзу, и конфигурация изменяется. То есть, на пироприемник свет то падает, то нет. Это и есть условие срабатывания датчика: устройство реагирует на перемещение человека в поле действия.

Чем больше сегментов в линзе и чем выше их чувствительность, тем точнее работает ИК-датчик.

Если человек в зоне работы датчика перемещается медленно, устройство может не сработать, так как рассматривает колебания ИК-потока как случайные изменения фона.

Пирочувствительные элементы

Сигнал с линзы идет на пироэлемент – преобразователь на полупроводниках. Он включает 2 сенсора, каждый из них получает сигнал от своей линзы. Если поток на обоих элементах одинаков – сенсор бездействует, если сигнал разный – срабатывает.

Читайте также  Датчик движения в видеорегистраторе принцип работы

В современных моделях используют счетверенные сенсоры, обслуживающие 4 линзы. Они точнее отфильтровывают случайные световые помехи и исключают ложные срабатывания.

Обрабатывающий модуль

Блок обработки воспринимает информацию со всех пироэлементов и анализирует. Его задача – отделить данные о перемещающемся тепловом объекте от помех: движения воздуха, солнечных лучей, конвекции, возникающей при работе кондиционера или обогревателя, вибрации. Датчик должен срабатывать только на появление человека, а не на животных, что требует дополнительной настройки.

Обрабатывающий модуль оценивает форму и длительность сигнала, его амплитуду. Обычные помехи вызывают несимметричные двухполярные импульсы, нарушитель – симметричные. Если характер сигнала совпадает с пороговым значением, датчик срабатывает и подает импульс на управляющую панель. Последний обрабатывается аналоговыми или цифровыми устройствами и активирует какую-либо программу: включить свет, увеличить интенсивность, включить сирену.

В современных моделях датчик дополнительно измеряет длительность сигнала, количество превышений порога. Это позволяет снизить число ложных срабатываний и зафиксировать объект при медленной скорости движения.

Технические характеристики и особенности

Правильно выбрать ИК-датчик помогут его технические характеристики. Данные представлены в паспорте прибора:

  • Сетевое напряжение – обычное 230 В. Любая из моделей работает от обычной сети.
  • Потребляемая мощность – в пределах 0,5 кВт. Это позволяет оснастить даже большой дом достаточным количеством датчиков.
  • Диапазон обнаружения – угол обзора прибора. Измеряется в градусах. У настенных устройств он составляет диапазон от 120 до 280 градусов, у потолочного – 360.
  • Дальность действия – измеряется в метрах. Это расстояние, на котором датчик фиксирует движение. Показатель оценивают по 3 параметрам. Перпендикулярное – самая большая зона, определяется при движении объекта по касательной к сектору. Фронтальная измеряется при перемещении прямо на датчик, дальность присутствия находят, когда человек оказывается под датчиком.

Есть и другие менее значимые параметры – материал корпуса, размеры и прочее.

Сравнение с микроволновым датчиком

Принцип работы микроволнового датчика

В качестве сенсора движения используют также микроволновый датчик. Он работает по радиолокационному принципу: прибор излучает сигнал, тот отражается и улавливается чувствительным элементом датчика. Если отраженный сигнал выше порогового, включается световое или звуковое устройство.

Отличия микроволнового датчика:

  • работает в диапазоне сверхвысоких частот, что гарантирует очень высокую чувствительность;
  • обнаруживает объект через диэлектрические препятствия: стекло, тонкую стену, деревянную дверь;
  • независим от температуры среды или степени освещенности рабочего участка;
  • улавливает медленное и незначительное перемещение.

Есть и недостатки:

  • высокая цена — приборы устанавливают на важных хозяйственных объектах;
  • работа устройства влияет на самочувствие людей и животных.

Для слежения за обычным частным домом ИК-датчиков вполне достаточно.

Схема подключения

Датчики инфракрасного излучения подключается просто – нужно организовать лишь включение и выключение цепи. Подсоединение устройства к подсветке или контуру безопасности происходит по одинаковому принципу.

Схема подключения есть в инструкции к любому прибору:

  • Ток приходит на ИК-датчик от сети по нулевому и фазному проводу. Чтобы подключить устройство к электролампочке, фазный провод подсоединяют к одному из выводов осветительного прибора. Второй вывод крепят к нулевому кабелю.
  • Кабели от устройств подключают к распределительному щитку: 2 провода от светильника, 2 от сети питания и 3 от ИК-регистратора. Фазу питающего провода соединяют с фазным кабелем датчика, а нулевой провод от питания и нулевой кабель от датчика – к нулевому от светильника.
  • Фазный кабель от ИК-датчика соединяют с проводом от светильника. Все кабели окрашены в соответствующие цвета, что облегчает соединение.

Если некоторое время освещение должно поддерживаться независимо от движения человека, в схему включают также выключатель параллельно ИК-устройству.

Сфера применения инфракрасного датчика

Регистраторы движения используют для организации систем освещения и охраны. Монтаж допускается как внутри постройки, так и снаружи:

  • в офисных, публичных и частных зданиях;
  • на лестничных клетках многоквартирных домов и в подъездах;
  • в помещениях любого типа;
  • на складах;
  • на любой охраняемой территории с ограниченной площадью.

Приборы, предназначенные для работы в тяжелых погодных условиях, оснащаются дополнительными защитными устройствами.

Особенности и критерии выбора

Параметры, по которым выбирают датчик, определяются его техническими характеристиками. Важно оценить, какие именно показатели нужны для устройства, работающего в доме, вне дома или на открытой территории:

  • Для обширных помещений или двора подбирают устройства с большой зоной обнаружения. В небольшую комнату или на лестничную площадку покупают простые модели с дальностью работы 10, 6 и 4 м.
  • Для жилых комнат годятся варианты с невысокой защитой от влаги. Для улицы или влажных помещений (бассейнов, лечебниц) нужны изделия с высоким IP.
  • Если устройство будут монтировать на стену, лучше купить модель с защитой от подкрадывания. Иначе, двигаясь вдоль стены, злоумышленник сможет проникнуть в дом.
  • Уровень чувствительности – определяет, насколько медленные и незначительные движения может уловить датчик. Для защиты квартиры от воров или для включения освещения в комнате, когда в нее заходят, достаточно «грубых» приборов. На склады, где хранится дорогостоящая или опасная продукция, покупают чувствительные датчики.

Оценивают стоимость приборов, особенно если для системы безопасности их требуется несколько.

Достоинства и недостатки инфракрасного датчика движения

ДД экономит электричество, так как свет включается только в присутствии людей

Популярность ИК-моделей обусловлена их преимуществами:

  • устройство работает как внутри здания, так и снаружи;
  • угол наблюдения и дальность можно довольно точно регулировать;
  • ИК-датчик, особенно пассивного типа, безопасен для здоровья, работа системы охраны не пугает домашних животных;
  • низкая стоимость;
  • обширный ассортимент: выпускаются приборы в напольном и настенном исполнении, аналоговые, цифровые, и прочее.
  • при попадании прямых солнечных лучей чувствительность падает – при выборе места установки это надо учитывать;
  • при близком размещении кондиционера или обогревателя возникают существенные помехи;
  • стекло блокирует прохождение сигнала, так появляются слепые зоны, которыми может воспользоваться злоумышленник;
  • синдром паутинки – опутанный паутиной датчик срабатывает постоянно.

Единственный датчик движения не гарантирует безопасность помещения. Однако в качестве элемента системы защиты ИК-устройства незаменимы. Для загородного дома или квартиры такие устройства предпочтительнее.

Как подключить инфракрасный сенсор к Arduino

Для проекта нам понадобятся:

  • Arduino UNO или иная совместимая плата;
  • инфракрасный датчик препятствий;
  • инфракрасный приёмник;
  • соединительные провода (рекомендую вот такой набор);
  • макетная плата (breadboard);
  • персональный компьютер со средой разработки Arduino IDE.

1 Описание и принцип действия ИК датчика препятствий

Длины волн разных типов электромагнитного излучения

Если оснастить, для примера, своего робота несколькими такими ИК модулями, можно определять направление приближения препятствия и менять траекторию движения робота в нужном направлении.

Модуль с ИК излучателем и ИК приёмником

Когда перед сенсором нет препятствия, на выходе OUT модуля напряжение логической единицы. Когда сенсор детектирует отражённое от препятствия ИК излучение, на выходе модуля напряжение становится равным нулю, и загорается зелёный светодиод модуля.

Помимо инфракрасного свето- и фотодиода важная часть модуля – это компаратор LM393 (скачать техническое описание на LM393 можно в конце статьи). С помощью компаратора сенсор сравнивает интенсивность отражённого излучения с некоторым заданным порогом и устанавливает «1» или «0» на выходе. Потенциометр позволяет задать порог срабатывания ИК датчика (и, соответственно, дистанцию до препятствия).

2 Подключение ИК датчика препятствийк Arduino

Подключение ИК модуля к Arduino предельно простое: VCC и GND модуля подключаем к +5V и GND Arduino, а выход OUT сенсора – к любому цифровому или аналоговому выводу Arduino. Я подключу его к аналоговому входу A7.

Модуль с инфракрасным датчиком подключён к Arduino Nano

3 Скетч Arduino для инфракрасного датчика препятствий

Скетч для работы с инфракрасным сенсором препятствий также предельно простой: мы будем читать показания с выхода модуля и выводить в монитор порта. А также, если ИК модуль обнаружил препятствие, будем сообщать об этом.

ИК датчик может состоять из одного только инфракрасного приёмника, как в этом случае:

ИК приёмник

Такой сенсор используется для детектирования и считывания различных инфракрасных сигналов. Например, таким датчиком можно принять управляющие сигналы ИК пульта от телевизора или другой бытовой техники. На модуле присутствует светодиод, который загорается, когда на приёмник попадает инфракрасное излучение. На выхода модуля – цифровой сигнал, который показывает, падает ли на сенсор ИК излучение или нет.

К Arduino модуль с ИК приёмником подключается тоже очень просто:

Пин модуля Пин Arduino Назначение
DAT Любой цифровой Признак наличия ИК излучения на входе приёмника
VCC +5V Питание
GND GND Земля

Подключение ИК приёмника к Arduino

Напишем скетч, в котором будем просто показывать с помощью встроенного светодиода, что на входе приёмника присутствует ИК излучение. В данном модуле аналогично с ранее рассмотренным на выходе DAT уровень «0», когда ИК излучение попадает на приёмник, и «1» когда ИК излучения нет.

Если загрузить этот скетч в Arduino, направить на ИК приёмник ИК пульт и нажимать на нём разные кнопки, то мы увидим, что светодиод нашего индикатора быстро мигает. Разные кнопки – по-разному мигает.

Чтение команд ИК пульта с Arduino

Очевидно, что каждая команда закодирована своей бинарной последовательностью. Хотелось бы увидеть, какие именно команды приходят от пульта. Но прежде чем ответить на этот вопрос, нужно посмотреть другим способом, что же отправляет пульт. А именно – с помощью осциллографа. Подключим осциллограф DS203 к тому месту, где сигнал непосредственно излучается в пространство: к аноду инфракрасного светодиода.

Осциллограф отображает часть команды ИК пульта

На осциллограмме видна серия «пачек» импульсов примерно одинаковой длительности. Каждая «пачка» состоит из 24-х импульсов.

Осциллограф отображает часть команды ИК пульта

Подключение выхода с ИК приёмника и выхода ИК пульта к осциллографу

Вот так выглядит посылка пульта целиком. Здесь жёлтая линия – аналоговый сигнал пульта ДУ, голубая – цифровой сигнал с выхода ИК приёмника. Видно, что продолжительность передачи составляет примерно 120 мс. Очевидно, время будет несколько варьироваться исходя из того, какие биты присутствуют в пакете.

Осциллограмма пакета с ИК пульта ДУ

При большем приближении видно, что высокочастотное заполнение, которое имеется в аналоговом сигнале, в цифровом сигнале с ИК приёмника отсутствует. Приёмник прекрасно справляется со своей задачей и показывает чистый цифровой сигнал. Видна последовательность коротких и длинных прямоугольных импульсов. Длительность коротких импульсов примерно 1,2 мс, длинных – в 2 раза больше.

Биты пакета ИК пульта, масштаб: 1 клетка – 200 мкс Биты пакета ИК пульта, масштаб: 1 клетка – 1 мс Начало пакета ИК пульта, масштаб: 1 клетка – 5 мс, только цифровой сигнал

Мы уже видели подобный сигнал, когда разбирали сигнал комнатной метеостанции. Возможно, здесь применяется тот же способ кодирования информации: короткие импульсы – это логический ноль, длинные – логическая единица. На следующем видео можно посмотреть пакет целиком:

Если зарисовать этот пакет, то получится как-то так:

Один из пакетов ИК пульта

Дальнейшие исследования показали, что все пакеты данного пульта ДУ состоят из двух пачек импульсов. Причём первая всегда содержит 35 бит, вторая – 32.

Есть несколько вариантов, как поступить для получения цифровых данных пакета:

  1. опрашивать пакет через равные промежутки времени (т.н. «стробирование»), а затем принимать решение, это логический «0» или «1»;
  2. ловить фронты импульсов (детектор фронта), затем определять их длительность и также принимать решение, какой это бит.

Напомню, что будем считать короткие импульсы логическим нулём, длинные – логической единицей.

Для реализации первого варианта понятно, с какой частотой необходимо опрашивать ИК датчик, чтобы принимать с него корректные данные: 600 мкс. Это время в два раза меньшее, чем длительность коротких импульсов сигнала (логических нулей). Или, если рассматривать с точки зрения частоты, опрашивать приёмник нужно в 2 раза большей частотой (вспомним Найквиста и Котельникова). Напишем скетч, реализующий вариант со стробированием.

Скетч для чтения пакета от ИК пульта методом стробирования

Поэкспериментируем с данным скетчем и ИК приёмником. Загрузим скетч в память Ардуино. Запустим последовательный монитор. Нажмём на пульте несколько раз одну и ту же кнопку и посмотрим, что мы увидим в мониторе.

Выводим принятые пакеты ИК пульта в последовательный монитор

Это похоже на пакет, который мы видели на осциллограмме, но всё-таки есть ошибки. Между одинаковыми пакетами также встречаются различия, которых быть не должно. Можно улучшить результат, если увеличить частоту стробирования, чтобы точнее определять биты пакета. Для безошибочного приёма необходимо чтобы строб попадал ближе к середине импульса. Но мы не можем гарантировать это, т.к. импульсы могут распространяться с варьирующимися задержками; Arduio выполняет код также не моментально, каждый цикл требует малого, но всё же времени, поэтому с каждым битом мы немного будем уходить от исходной позиции посередине импульса и рано или поздно «промахнёмся» (определим бит с ошибкой).

Перепишем скетч, используя метеод детекции фронтов.

Скетч для чтения пакета от ИК пульта методом детекции фронтов

Здесь мы ввели таймаут, чтобы выходить из цикла в любом случае, даже если фронт импульса не пришёл. Это гарантирует, что мы не окажемся в бесконечном цикле ожидания.

Загрузим скетч, запустим монитор, нажмём несколько раз ту же кнопку пульта.

Выводим принятые пакеты ИК пульта в последовательный монитор

Результат, как видно, более стабильный.

ИК-передатчик

Общие сведения:

Trema-модуль ИК-передатчик — позволяет управлять проектами на расстоянии совместно с ИК-приёмником. Он исполнен в линейке Trema-модулей, что позволяет включать модуль в проект, без пайки и макетных плат.

Модуль ИК-передатчика построен на базе ИК-светодиода U5293IRC.

Видео:

Спецификация:

  • Входное напряжение: 4,0 . 5,5 В (номинально 5 В)
  • Потребляемый ток: до 100 мА в импульсном режиме (при Vсс = 5 В)
  • Длинна световой волны: 940 нм (пиковое значение)
  • Максимальная частота сигнала: до 10 МГц
  • Расстояние передачи: до 10 м (при Vcc = 5 В)
  • Рабочая температура: -25 … 85 °C
  • Угол направленности: 120° (с потерей мощности

Подключение:

Модуль подключается к любому цифровому выводу Arduino. В комплекте имеется кабель для быстрого и удобного подключения к Trema Shield .

Модуль удобно подключать 3 способами, в зависимости от ситуации:

Способ — 1 : Используя проводной шлейф и Piranha UNO

Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha UNO.

Способ — 2 : Используя Trema Set Shield

Модуль можно подключить к любому из цифровых входов Trema Set Shield.

Способ — 3 : Используя проводной шлейф и Shield

Используя 3-х проводной шлейф, к Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO и тд.

Подробнее о модуле:

Для передачи данных ИК-передатчиком, предлагаем воспользоваться библиотекой iarduino_IR, которая позволяет работать с ИК-приёмником и(или) ИК-передатчиком.

Библиотека использует второй аппаратный таймер,

НЕ ВЫВОДИТЕ СИГНАЛЫ ШИМ НА 3 ИЛИ 11 ВЫВОД!

Подробнее про установку библиотеки читайте в нашей инструкции..

Дополнительная информация по работе с модулем:

Пакеты: Практически все пульты отправляют не только информационный пакет (указывающий тип устройства и код нажатой кнопки), но и пакеты повтора, сообщающие устройству об удержании нажатой кнопки. Таким образом принимающее устройство может реагировать на нажатие кнопки однократно или в течении всего времени её удержания.
Например: нажимая и удерживая кнопку с номером телевизионного канала, телевизор переключится на данный канал только один раз. В то время, как нажимая и удерживая кнопку увеличения громкости, телевизор будет её увеличивать в течении всего времени удержания кнопки.

Количество информационных пакетов у большинства пультов равно одному, но некоторые устройства, например кондиционеры, используют 2, 3 и более информационных пакетов.

Состав пакетов: Информационный пакет несёт информацию о коде производителя, типе устройства, коде нажатой кнопки и т.д. Пакеты повтора могут частично или полностью совпадать с информационным пакетом, копировать его биты с инверсией, или не нести никакой информации, представляя последовательность из нескольких одинаковых, для каждого пакета повтора, битов.

Длительность пауз между пакетами: обычно не превышает 200мс.

Протоколы передачи данных: определяют следующие, основные, параметры:

Несущая частота: у большинства пультов равна 38 кГц, именно на эту частоту настроен Trema ИК-приёмник.

Кодирование информации: это принцип передачи битов данных. Выделим три основных вида кодирования, при которых каждый бит передаётся последовательностью из одного импульса и одной паузы:

Сигналы Start, Stop и Toggle: по своему названию располагаются в начале, конце или середине пакета.

Stop: При кодировании длинной паузы, нельзя определить значение последнего бита в пакете, так как после пакета следует большая пауза, и последний бит будет всегда определяться как «1», поэтому в пакет добавляется сигнал Stop представляющий из себя импульс не несущий никакой информации.

Start: При бифазном кодировании требуется подать сигнал Start, так как невозможно начать передачу пакета с паузы.

Toggle: Это бит, который меняет своё значение при каждом новом нажатии на кнопку, используется в протоколах RS5, RS5X, RS6 (Philips), где пакеты повторов полностью повторяют данные информационного пакета. Таким образом принимающее устройство может отличить удержание кнопки от её повторного нажатия.

кодирование длиной импульсов — сначала передаётся импульс, длина которого зависит от значения передаваемого бита, затем следует пауза, длина которой не зависит от значения бита. Например: в протоколе SIRC (Sony), длина импульса для бита «1» = 1200мкс, а для бита «0» = 600мкс, длина пауз всегда равна 600мкс. Таким образом можно отличить «1» от «0» по длине импульса.

кодирование длиной пауз — сначала передаётся импульс, длина которого не зависит от значения передаваемого бита, затем следует пауза, длина которой зависит от значения бита. Например: в протоколе NEC, длина паузы для бита «1» = 1687,5мкс, а для бита «0» = 562,5мкс, длина импульсов всегда равна 562,5мкс. Таким образом можно отличить «1» от «0» по длине паузы.

бифазное кодирование — длина импульса равна длине паузы, а их последовательность определяет тип передаваемого бита. Например: в протоколе RS5 (Philips), для бита «1» импульс следует за паузой, а для бита «0» пауза следует за импульсом. Для протокола NRC (Nokia), наоборот, для бита «1» пауза следует за импульсом, а для бита «0» импульс следует за паузой.

Примеры:

Однократная передача данных:

Передача данных с пакетами повторов:

Передача данных с указанием протокола:

Данный пример показывает, как передатчик может полностью имитировать сигналы других ИК-пультов дистанционного управления.

В статье Wiki ИК-приёмник, описано, как получить строку протокола передачи данных ИК-пультов через ИК-приёмник и как получить коды кнопок, передаваемые ИК-пультами.

Полученную строку протокола, нужно передать в качестве параметра функции protocol(), после чего можно отправлять коды кнопок функцией send(). В результате, устройства будут реагировать на ИК-передатчик, как на собственный ИК-пульт.

Принцип работы и назначение инфракрасного датчика движения

Среди большого многообразия охранных извещателей, инфракрасный датчик движения является самым распространенным устройством. Доступная цена и эффективность, вот качества, обеспечившие им популярность. А все благодаря тому, что в начале девятнадцатого века обнаружили инфракрасное излучение.

Оно находится за границей видимого красного света в диапазоне 0,74-2000 мкм. Оптические свойства веществ сильно различаются и зависят от типа облучения. Небольшой слой воды является непрозрачным для ИК излучения. Инфракрасное излучение солнца составляет 50 процентов всей излучаемой энергии.

Область применения

Инфракрасные датчики движения для охраны применяются давно. Они фиксировали перемещения теплых объектов в помещениях, и передавали сигнал тревоги на контрольную панель. Их стали совмещать с видеокамерами и фотоаппаратами. При нарушении происходила фиксация происшествия. Потом область применения расширилась. Зоологи стали применять в фотоловушках для контроля исследуемых животных.

Больше всего ИК датчики применяются в системе умный дом, где играют роль сенсора присутствия. При попадании теплокровного объекта в область действия устройства, оно включает освещение в помещении или на улице. Экономится электричество и облегчается жизнь людям.

В системах контроля доступа извещатели движения управляют открыванием и закрыванием дверей общественных сооружений. По расчетам экспертов рынок ИК сенсоров будет расти на 20% ежегодно ближайшие 3-5 лет.

Принцип работы ИК датчика движения

Работа ИК извещателя заключается в контроле инфракрасного излучения определенной области, сравнении его с фоновым уровнем, и по результатам анализа выдачи сообщения.

ИК датчики движения для охраны используют активные и пассивные виды сенсоров. Первые для контроля используют собственный передатчик, облучающие все в зоне действия устройства. Приемник получает отраженную часть ИК излучения и по его характеристикам определяет, было нарушение зоны охраны или нет. Активные датчики бывают комбинированного типа, когда принимающие и передающие блоки разделены, это извещатели контролирующие периметр объекта. Имеют большую дальность действия по сравнению с пассивными устройствами.

Пассивный инфракрасный датчик движения не имеет излучателя, он реагирует на изменение окружающего ИК излучения. В общем случае, извещатель имеет два чувствительных элемента, способных фиксировать инфракрасное излучение. Перед сенсорами устанавливается линза Френеля, разбивающая пространство на несколько десятков зон.

Маленькая линза собирает излучение с конкретного участка пространства и посылает на свой чувствительный элемент. Соседняя линза, контролирующая смежный участок посылает поток излучения на второй сенсор. Излучения соседних участков примерно одинаковы. При нарушении баланса, превышении какого-то порогового значения, прибор извещает контрольную панель о нарушении зоны охраны.

Схема ИК датчика

Каждый производитель имеет уникальную принципиальную схему ИК извещателя, но функционально они примерно одинаковы.

ИК датчик имеет оптическую систему, пирочувствительный элемент, блок обработки сигналов.

Оптическая система

Рабочая область современных датчиков движения весьма разнообразна благодаря различным формам оптической системы. От устройства расходятся лучи в радиальном направлении в различных плоскостях.

Так как извещатель имеет сдвоенный сенсор, то все лучи раздваиваются.

Оптическая система ориентируется таким образом, что будет контролировать только одну плоскость или несколько плоскостей на разных уровнях. Может контролировать пространство вкруговую или по лучу.

При построении оптики ИК-датчиков часто используются линзы Френеля, представляющих множество призматических фасеток на выпуклой пластиковой чашке. Каждая линза собирает ИК поток со своего участка пространства и отправляет на ПИР элемент.

Конструкция оптической системы такова, что избирательность по всем линзам одинакова. Чтобы защититься от собственного тепла элементов, насекомых в устройстве устанавливается герметичная камера. Редко используется зеркальная оптика. Это значительно повышает дальность действия устройства и цену прибора.

Пирочувствительный элемент

Роль сенсора в ИК датчике играет пироэлектрический преобразователь на чувствительных полупроводниковых элементах. Он состоит из двух сенсоров. На каждый из них от двух соседних лучей поступает поток излучения. При одинаковом равномерном фоне сенсор молчит. При возникновении дисбаланса, в одной зоне появляется дополнительный источник тепла, а в другой нет, сенсор срабатывает.

Для повышения надежности и уменьшения ложных срабатываний в последнее время стали применять счетверенные ПИР элементы. Это увеличило чувствительность и помехозащищенность прибора. Но уменьшило расстояние уверенного распознавания нарушителя. Для решения этого приходится использовать прецизионную оптику.

Блок обработки сигналов

Главной задачей блока является надежное распознавание человека на фоне помех.

Они бывают самые разнообразные:

  1. солнечное излучение;
  2. искусственные ИК источники;
  3. кондиционеры и холодильники;
  4. животные;
  5. конвекция воздуха;
  6. электромагнитные помехи;
  7. вибрация.

Блок обработки для анализа использует амплитуду, форму и длительность выходного сигнала пироэлектрического преобразователя. Воздействие нарушителя вызывает симметричный двухполярный сигнал. Помехи выдают несимметричные значения на обрабатывающий модуль. В простейшем варианте сравнивается амплитуда сигнала с пороговым значением.

При превышении порога извещатель сообщает об этом, подавая определенный сигнал на контрольную панель. В более сложных датчиках измеряется длительность превышения порога, количество этих превышений. Для повышения помехозащищенности прибора используется автоматическая термокомпенсация. Она обеспечивает постоянную чувствительность во всем диапазоне температур.

Обработка сигнала осуществляется аналоговыми и цифровыми устройствами. В новейших устройствах начали применять цифровые алгоритмы обработки сигнала, что позволило улучшить избирательность прибора.

Эффективность использования ИК извещателя в охранной сигнализации

От правильности выбора вида сенсора, расположения на объекте охраны во многом зависит его эффективность. Пассивные ИК датчики движения уличные и внутреннего применения реагируют на перемещения теплых по сравнению с фоном объектов при определенных скоростях перемещения. При маленькой скорости движения, изменения потоков инфракрасного излучения в соседних секторах настолько незначительны, что он воспринимается, как фоновый дрейф, и не реагирует на нарушение зоны охраны.

Если нарушитель облачится в защитный костюм с отличной теплоизоляцией, то ИК датчик движения не отреагирует, не будет нарушения баланса излучения в соседних зонах. Человек сольется с фоновым излучением.

Нарушитель двигается вдоль лучей извещателя движения с малой скоростью, в этом случае он нередко молчит.

Изменения потоков оказываются недостаточными для срабатывания устройства. Особенно свойственно извещателям с функцией защиты от животных. В них уменьшают чувствительность, чтобы избежать реакции на появления домашних питомцев.

Важно правильно установить инфракрасный датчик. Требуется по конфигурации здания применять устройство типа «шторка», следует так и делать. Производитель рекомендует монтаж прибора на определенной высоте, надо соблюсти и это.

Для повышения эффективности работы инфракрасных датчиков их применяют совместно с сенсорами, работающими на других принципах.

Обычно, дополнительно придается радиоволновой извещатель с высокой чувствительностью, что снижает процент ложных срабатываний и повышает надежность охранной сигнализации. При защите окон от проникновения дополнительно устанавливается ультразвуковой извещатель, реагирующий на разбитие стекла.

Заключение

Постепенно ИК датчики усложняются, повышается их чувствительность, улучшается избирательность. Сенсоры находят широкое распространение в системах «умный дом», видеонаблюдения, контроль доступа. Совместное использование с различными устройствами повысило потребительские свойства датчиков. Им уготована долгая жизнь.

Видео: Датчик движения, принцип работы

Беспроводные датчики движения

Беспроводные инфракрасные (ИК) датчики движения, не требующие прокладки проводов, являются одними из самых популярных устройств обеспечения автоматизированного контроля безопасности помещения или любой другой территории. Это может быть территория жилища, приусадебного участка, автомобильной парковки, промышленного объекта или офисного помещения. Такой датчик представляет собой миниатюрное устройство, функцией которого является обнаружение движущегося объекта в зоне его действия и включение сигнализации.

Беспроводная связь между датчиком и блоком сигнализации осуществляется по защищенному радиоканалу, а частота передачи обычно составляет 433 МГц, но может и отличаться, например, бывают датчики, передающие сигнал тревоги на частоте 868 МГц.

Расстояние между блоком сигнализации и беспроводным датчиком не должно превышать 100-200 метров при условии прямой видимости. Препятствия значительно уменьшают расстояние взаимодействия. Если все же расстояние слишком большое, можно приобрести усилитель беспроводного сигнала.

Блок сигнализации и ИК-датчик нужно вначале соединить, задав посредством джамперов (перемычек) код блока сигнализации датчику, тогда он сможет работать с конкретным блоком сигнализации, код которого задан. Бывают датчики с кодом обучения, тогда никаких перемычек переставлять не нужно, следует просто одновременно нажать кнопки на датчике и на блоке сигнализации.

Блок сигнализации, в свою очередь, снабжен GSM-модулем с сим-картой, благодаря чему сигнал тревоги, полученный от датчика, будет передан в виде смс-сообщения на заданный сотовый телефон.

Наиболее распространенный беспроводной пассивный ИК-датчик движения оснащен специальным температурным детектором, расположенным внутри устройства. Детектор реагирует на излучаемое человеческим телом инфракрасное (тепловое) излучение, и регистрирует, таким образом, перемещение человека в его рабочей зоне.

Конструкция датчика такова, что когда источник тепла перемещается в зоне его действия, происходит изменение конфигурации, сфокусированных специальной линзой на детекторе, принятых от тела инфракрасных лучей, именно по этому изменению конфигурации лучей и определяется движение объекта. Самые обычные пассивные инфракрасные датчики движения имеют рабочую зону радиусом до 15 метров с обзором до 110 градусов, поэтому их целесообразно применять в помещениях, где они устанавливаются, традиционно, на потолке в углу.

У некоторых датчиков такого типа есть настройки, позволяющие исключить срабатывание на движение домашних животных.

Разновидностью пассивного ИК-датчика является датчик типа «штора», который обладает ограниченной зоной обнаружения в виде узкого луча, по форме напоминающего штору или перегородку. Применение такого датчика целесообразно там, где нужно пресечь проникновение в помещение через дверь или окно.

Еще один вариант пассивного датчика – потолочный датчик движения с углом обзора в 360 градусов, который покрывает зону диаметром до 10 метров под собой. Этот датчик, как и другие беспроводные датчики, питается от щелочной батарейки, обычно, типа «Крона».

Для применения на открытых площадках, на улице, применяются специальные типы пассивных датчиков, обеспеченных особой герметичностью и оснащенных дополнительными элементами защиты от различных погодных факторов, могущих повредить прибор.

Активные инфракрасные датчики представляют собой другую разновидность беспроводных средств обеспечения безопасности. Активный лучевой инфракрасный извещатель состоит из двух блоков: передатчика и приемника.

Приемник принимает инфракрасное излучение от передатчика, и формирует сигнал тревоги при пересечении луча посторонним объектом. Такая система позволяет обеспечить «барьер» протяженностью до 200 метров в помещении, и до 100 метров – на улице. Число лучей может достигать десяти, хотя обычно их один ли два. Питание осуществляется от сети через блок питания, либо от аккумулятора. Связь с блоком сигнализации реализована также по защищенному радиоканалу. Такие инфракрасные беспроводные извещатели еще называют ИК-барьерами.

Радиоволновые детекторы движения – еще одна разновидность активных беспроводных датчиков движения. Они также предназначены для обнаружения и регистрации движения в охраняемой зоне. Такой детектор содержит радиочастотный модуль, состоящий из излучателя и приемника высокочастотных колебаний. В отличие от пассивных инфракрасных датчиков, радиоволновые детекторы излучают в окружающее пространство СВЧ колебания.

Принцип работы радиоволнового датчика основан на интерференции радиоволн сантиметрового диапазона или эффекте Доплера, когда частота принимаемого сигнала изменяется при отражении от движущегося объекта.

По своим характеристикам радиоволновые детекторы аналогичны пассивным ИК детекторам и внешне очень похожи, однако имеют более низкую помехозащищенность и высокий уровень СВЧ излучений. Поэтому довольно часто применяются приборы, в состав которых входят два детектора — пассивный ИК и радиоволновый.

Зачастую радиочастотный модуль в таком устройстве включается лишь тогда, когда ИК-детектор зафиксирует перемещение в рабочей зоне, происходит дополнительная проверка и подтверждение наличия в рабочей зоне постороннего объекта. Это позволяет обеспечить довольно высокий уровень помехозащищенности прибора и снизить уровень СВЧ излучений, поскольку радиоволновый детектор включается только на короткое время.

Радиоволновые детекторы могут работать на одной из нескольких рабочих частот, которые устанавливаются вручную с помощью переключателя на плате устройства. Это позволяет одновременно использовать несколько однотипных датчиков, работающих на различных частотах, в одном помещении.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: