Андрей Кашкаров - Современный квартирный сантехник, строитель и электрик
Рис. 3.48. Пример надежного заземления
Соблюдение этих несложных правил спасет вам жизнь, сохранит здоровье и радость общения со своими близкими.
3.5. Подключение, монтаж и замена электрических выключателей света
В этом разделе рассмотрим особенности работы и подключения «умных» выключателей освещения. Не секрет, что даже насыщенные сервисными функциями выключатели не являются идеальными, поэтому всегда есть куда стремиться – в части приложения идей и воплощения в реальность «свежих» электротехнических решений.
3.5.1. Электронные «умные» выключатели освещения
Сегодня очень популярны выключатели света, конструктивно совмещенные с микроволновым сенсором; их устанавливают вместо обычных клавишных выключателей практически везде – от жилых комнат до подсобных помещений и внешнего уличного освещения. Датчики движения, установленные вне дома, позволяют не только выявлять движение на обширной зоне садово-паркового участка или помещения (причем контроль по вертикали исключает возможность «подкрадывания» злоумышленника под датчиком), но и включать свет и отключать его через некоторое, заданное владельцем, время. Тем самым обеспечивается энергосберегающий режим включения внешних светильников и защита от незамеченного появления нежданных гостей. Датчики движения могут управлять не только световыми приборами, но и электромеханическим приводом или системой сигнализации.
В приборах охраны также нередко можно встретить бесконтактные датчики, реагирующие на тепловое излучение; внешне они выглядят как коробочки с выпуклым матовым стеклом, обращенным к зоне охраны. «Матовое стекло» неоднородно, а разграничено на сектора с разным углом наклона и плотности относительно поверхности. Это линзы Френеля. Известный французский изобретатель знаменит тем, что в XIX веке воплотил в жизнь проект оборудования маяков специальными выпуклыми стеклами неоднородного состава. Свет, пропущенный через такие линзы, проникает сквозь туман через многие морские мили.
В зависимости от типа применяемой линзы можно получать территорию перекрытия (охраны) датчика вертикальную – типа «занавес», широкую по глубине, сфокусированную или размытую. Когда в зоне защиты появляется излучатель тепла – человек или животное, изменение теплового излучения в инфракрасном спектре улавливается датчиком, усиливается и управляет оконечным силовым каскадом.
Оконечное устройство – реле может управлять сиреной либо любой другой нагрузкой; таков автоматический выключатель освещения, который в активное состояние приводит появление человека в комнате.
Пироэлектрический детектор – основа прибора реагирует на изменение инфракрасного (далее – ИК) фона, поэтому недвижимый объект (даже излучающий тепло) не вызывает изменения состояния датчика. В связи с этим в схему введен узел задержки выключения для того, чтобы эффективно использовать прибор, как автоматический выключатель света в комнате. Чувствительность регулируется изменением угла наклона и приближения к линзе самого датчика и электронным способом – регулировкой усиления первого каскада схемы. В схемах охраны такие датчики получили названия «инфракрасных датчиков движения» или «датчиков движения». Инфракрасный датчик – это пироэлектрический детектор (рис. 3.49), состоящий из чувствительных керамических поверхностей, закрытых кварцевым окном, пропускающим только ИК-лучи.
Рис. 3.49. Вид на пироэлектрческие детекторы (ИК-детекторы)
Рис. 3.50. Пояснение принципа работы электронного устройства с датчиком в виде ИК-детектора
На рис. 3.50 показан принцип работы электронного устройства с датчиком в виде ИК-детектора.
В корпусе типа ТО-5 реализован полевой транзистор, усиливающий сигнал с чувствительной поверхности.
Как устроен датчик движения
В середине датчика расположены приемники ИК-света – фотоэлементы.
Линза Френеля состоит из множества маленьких линз, каждая из которых фокусирует ИК-свет на плоскость фотоэлемента, а одна из них – непосредственно на сам фотоэлемент (сигнал регистрируется).
При движении человека через какое-то время фокус линзы уходит с фотоэлемента и сигнал пропадает.
Затем уже другая линза фокусирует ИК-излучение от человека на фотоэлемент и сигнал опять появляется.
Такое появление-исчезновение-появление сигнала – признак присутствия человека.
Каждая линза охватывает свой сегмент. Сигнал пропадает при выходе человека (руки человека) за границы этого сегмента.
При перемещении внутри сегмента сигнал не меняется. Из вышесказанного можно сделать несколько логичных выводов.
1. Чем больше таких линз, тем более мелкие перемещения может улавливать датчик.
2. С удалением от датчика размер сегмента увеличивается и с какого-то расстояния все небольшие перемещения, например движение рук, покачивания головы, будут находиться в границах одного сегмента; после этого расстояния датчик присутствия может работать уже только как датчик движения.
3. У датчиков движения сегменты более крупные по сравнению с датчиками присутствия.
4. Датчики движения реагируют на более яркий ИК-свет по сравнению с датчикам присутствия.
Особенности выбора мест для установки датчиков движения
На датчик не должен падать прямой свет ламп; это поможет повысить его чувствительность. В зоне обнаружения датчика не должно быть посторонних объектов, ограничивающих обзор датчика, к примеру, подвесных светильников, не должно быть перегородок, даже стеклянных, поскольку ИК-свет сквозь стекло не проходит.
Основная характеристика датчика движения – радиус обнаружения. Для датчика присутствия – радиус обнаружения сидящего или стоящего человека и радиус обнаружения идущего человека.
Этот радиус должен «дотягивать» до углов помещения, т. е. один датчик контролирует зону (в зависимости от модели и предназначения) от 2 до 6 м. Как вариант, в комнате придется ставить 2–3 датчика.
Почти все современные датчики движения (присутствия) на сегодня – это датчики с круговыми или овальными диаграммами обнаружения. Поэтому охватить прямоугольное помещение датчиками с круговыми диаграммами можно только с перехлестом диаграмм.
Немецкая компания Theben AG делает датчики присутствия с квадратной зоной обнаружения, что значительно упрощает проектирование; в этом случае датчиков требуется меньше: 4 «квадратных» вместо 7 с круговой диаграммой. Углы помещения надежно перекрываются.
Электрическая схема стандартного датчика движения представлена на рис. 3.51.
Рис. 3.51. Электрическая схема промышленного датчика движения
Она состоит из популярного в настоящее время инфракрасного датчика BL1, двухкаскадного усилителя и схемы задержки выключения. Кроме того, на одном элементе DА1.3 собрано фотореле, реагирующее на общую освещенность площади перекрытия. Регулируемая задержка выключения необходима автомату для плавного выключения света после возможного резкого выхода человека из помещения. Фотореле также необходимо для того, чтобы свет включался только во время явно недостаточной освещенности комнаты, например, вечером, а не каждый раз, когда входит человек. Оба второстепенные устройства можно без последствий из схемы исключить или модернизировать, незначительно изменив схему с тем, чтобы, к примеру, скорректировать время задержки выключения в более широких пределах.
Если оставить только датчик движения, то элементы DA1.1, DA1.4, R18, R19, R20, фоторезистор R2, R6, R7, R8, R1, R3, R9, R12, R21, C8 из схемы нужно исключить; между выводами 1 и 3 DA1.3 включить компенсационную цепь обратной связи, аналогичную С5R14 в первом каскаде. Ограничительный резистор R22 в таком варианте подключают к точке соединения катодов диодов VD1 и VD2.
Датчик (в авторском варианте) без сбоев работает на кухне, в режиме «24 часа» уже более года, обеспечивая управление освещением. Самая дорогостоящая деталь схемы – сам датчик – пироэлектрический детектор, который пришлось взять из схем охраны, его тип RE46. Однако стоимость его стала невелика из-за массового производства датчиков движения несколько лет назад, а эффективность предлагаемой схемы превосходит на практике распространенные среди радиолюбителей устройства, типа емкостных, индуктивных датчиков и инфракрасных барьеров.
Схема работает следующим образом.
Быстрое изменение теплового поля в зоне активности датчика приводит к небольшим до 50 мВ скачкам напряжения на выходе детектора. Этот сигнал усиливается первым каскадом на полосовом усилителе DA1.2. Сигнал подается на неинвертирующий вход элемента ОУ DA1.2 с той же полярностью. В составе микросхемы DA1 КР1401УД2А имеется четыре независимых однотипных операционных усилителя, объединенных по питанию и реализованных на КМОП полевых транзисторах. Следующий усилительный каскад собран на втором ОУ. Конденсатор С1 ослабляет помехи, вызываемые искусственным освещением, когда свет уже зажжен. Если увеличить его емкость, усилится помехоподавление, но снизится чувствительность – медленные во времени перемещения останутся без реакции прибора, что недопустимо.
