PIR-датчик: опис та інструкція з підключення

Додано: 31.01.17

У рідкісних випадках сучасні системи сигналізації обходяться без сенсорних компонентів. Саме чутливі датчики дозволяють виявляти тривожні ознаки по тим чи іншим показникам. В системах безпеки вдома такі завдання виконують детектори світла, віконні сенсори удару, пристрої для визначення витоків і т. д. Але якщо мова йде про охоронну функції, то на перше місце виходить PIR-датчик руху, що працює на принципі інфрачервоного випромінювання. Це мініатюрний пристрій, яке може і сама по собі виступати індикатором стану обслуговуваного ділянки або входити в загальний охоронний комплекс. Як правило, вибирається другий варіант використання сенсора як найбільш ефективне рішення.

Загальні відомості про датчику

Практично всі датчики руху призначені для виявлення сторонніх у приміщенні. Класична охоронна система передбачає, що сенсор зафіксує факт вторгнення в контрольовану зону, після чого сигнал надійде на пункт управління і далі будуть зроблені ті або інші заходи. Найчастіше подається сигнал у вигляді SMS-повідомлення на пульт вже безпосередньо охоронної служби, а також на телефон господаря. В даному випадку розглядається одна з різновидів таких пристроїв – піроелектричний PIR-датчик, який відрізняється високою ефективністю і точністю. Втім, якість функції таких моделей залежить від багатьох факторів – від обраної схеми інтеграції сенсора в охоронний комплекс до зовнішніх умов впливу на конструкцію з чутливою начинкою. Важливо також зауважити, що датчики руху не завжди використовують як інструмент захисту від зловмисника. Його цілком можна встановити для автоматичного контролю окремих ділянок системи освітлення. У такому випадку, наприклад, прилад буде активізуватися при вході користувача в приміщення і так само вимикатися, коли він її покине.

Принцип роботи

Для розуміння специфіки роботи даного пристрою варто звернутися до особливостей реакцій деяких кристалічних речовин. Використовувані в датчику чутливі елементи забезпечують ефект поляризації в моменти, коли на них падає випромінювання. В даному випадку йдеться про тепловому випромінюванні від людського тіла. При різкому зміну характеристик спостерігається зоні змінюється і напруга в електричному полі кристалу. Власне, з цієї причини інфрачервоний датчик PIR також називається піроелектричні. Як і всі детектори, такі пристрої не ідеальні. Залежно від умов вони можуть спрацьовувати на помилкові сигнали або не визначати цільові явища. Однак за сукупністю експлуатаційних властивостей у більшості випадків вони виправдовують своє застосування.

Основні характеристики

Головні робочі показники, які повинен враховувати споживач, стосуються радіусів дії пристрою і здібностей до автономної роботи. Що стосується параметрів за діапазонами охоплення, то контрольована зона, як правило, становить 6-7 м. Цього достатньо, якщо справа стосується охорони приватного будинку і тим більше квартири. У деяких моделях передбачається і функція мікрофона – у цій частині також важливо визначити радіус дії, який може досягати і 10 м. Разом з цим PIR-датчик може мати пряме або автономне енергопостачання. Якщо планується організація охоронної системи, то краще купувати моделі з вбудованими акумуляторами, які не вимагають проведення. Далі визначається час, протягом якого пристрій зможе підтримувати свою функцію без дозарядки. Сучасні моделі не вимагають великого енергетичного забезпечення, тому в пасивному стані можуть працювати близько 15-20 днів.

Конструкція пристрою

Корпус датчиків зазвичай виконується з металу. Всередині містяться два кристала – це і є чутливі до термічного випромінювання елементи. Важливою конструкційної особливістю детекторів цього типу є свого роду віконце в металевій оболонці. Воно призначене для допуску випромінювання потрібного діапазону. Така фільтрація якраз і призначена для підвищення точності роботи кристалів. Перед вікном у корпусі також розташовується оптичний модуль, який формує необхідну діаграму спрямованості хвиль. Найчастіше PIR-датчик забезпечується лінзою Френеля, штампованої на пластиці. Для обробки вже електричних сигналів і перешкод відсікання використовується і польовий транзистор. Він розташовується біля чутливих кристалів і, незважаючи на завдання відсікання перешкод, в деяких моделях може знижувати ефективність функції кристала.

Система GSM в датчику

Даний опціонал можна назвати зайвим, хоча є чимало прихильників такої концепції. Суть суміщення функції визначення руху за допомогою сенсора і модуля GSM обумовлена прагненням вже до повної автономності пристрою. Як відзначалося вище, датчик зв'язується з центральним пультом управління, від якого в подальшому надходить сигнал на оперативний охоронний комплекс або на телефон безпосереднього власника. Якщо ж використовується PIR-датчик руху з системою GSM, то відправка тривожного сигналу може здійснюватися миттєво в момент реєстрації факту проникнення. Тобто етап переправлення сигналу на проміжний контролер пропускається, що дозволяє виграти іноді кілька секунд. І це не кажучи про підвищення надійності за рахунок виключення додаткових ланок у ланцюзі передачі повідомлення. У чому ж недолік даного рішення? По-перше, воно повністю покладається на роботу GSM-зв'язку, що, навпаки, знижує надійність системи, але вже з іншої причини. По-друге, наявність модуля як такого негативно позначається на роботі чутливого елемента – відповідно, точність фіксації проникнення знижується.

Програмне забезпечення

У складних охоронних комплексах, де використовуються інтелектуальні контролери з високим ступенем автоматизації, не обійтися без засобів програмування датчика. Зазвичай виробники розробляють спеціальні готові програми з великим набором режимів експлуатації. Але при можливості користувач може створити і свій алгоритм дії датчика в тих чи інших умовах. Його можна буде інтегрувати через офіційне програмне забезпечення, яке поставляється разом з апаратурою. Зазвичай таким чином налаштовується схема дії приладу в моменти фіксації тривоги – наприклад, прописується алгоритм відправки повідомлень, якщо модель має той же модуль забезпечення стільникового зв'язку. З іншого боку, поширені домашні не охоронні PIR-датчики світлодіодні, відгуки про яких відзначають ефективність інформування про роботу окремих компонентів системи освітлення. У кожному пристрої є мікроконтролер, який відповідає за дії приладу у відповідності з закладеними командами.

Установка сенсора

Фізична установка датчика здійснюється за допомогою комплектних фіксаторів. Зазвичай застосовують кронштейни або саморізи, закріплюють не сам корпус детектора, а конструкцію, в яку він спочатку інтегрується. По суті, це додатковий каркас з передбаченими для закручування отворами. Але головне в цій частині роботи – вірно розрахувати положення сенсора. Справа в тому, що інфрачервоний датчик руху PIR проявляє найбільшу чутливість в ситуаціях, коли об'єкт з тепловим випромінюванням перетинає поле контролю з боку. І навпаки, якщо людина прямує прямо на пристрій, то здатність фіксації сигналу буде мінімальною. Також не варто розташовувати прилад у місцях, які постійно або періодично піддаються температурним коливанням з-за роботи опалювального обладнання, що відкриваються дверей і вікон або працюючої системи вентиляції.

Підключення датчика

Пристрій необхідно підключити до основного реле контролера і системою енергопостачання. На типовому апараті передбачається плата з клемами, призначеними для джерела живлення. Найчастіше використовується джерело з напругою 9-14 В, а струм споживання може становити 12-20 мА. Зазвичай виробники вказують електротехнічні характеристики допомогою маркування клем. З'єднання здійснюється за однією з стандартних схем з урахуванням особливостей експлуатації конкретної моделі. У деяких модифікаціях можливе підключення PIR-датчика без проводки, тобто безпосередньо до мережі. Це в деякому роді комбіновані конструкції, які встановлюються на відкритих місцях і керують тими ж системами освітлення. У разі встановлення охоронного сенсора такий варіант навряд чи буде доречний.

Нюанси експлуатації

Відразу після монтажу і підключення слід задати пристрою оптимальні параметри функціонування. Наприклад, регулюванню піддається сила чутливості, діапазон охоплення випромінювання і т. д. В новітніх програмованих модифікаціях допускається і можливість автоматичної корекції параметрів роботи датчика залежно від умов експлуатації. Так, якщо підключити PIR-датчик до центрального контролера, пов'язаній з терморегуляторами, то чутливий елемент зможе варіювати межі критичних показників випромінювання на основі отриманих даних про температуру.

Датчик в системі «Ардуїнов»

Комплекс «Ардуїнов» є однією з найпопулярніших систем управління домашньою автоматикою. Це контролер, до якого підключаються джерела освітлення, системи мультимедіа, опалювальні прилади та інша побутова техніка. Датчики в цьому комплексі не є кінцевими функціональними пристроями – вони лише виконують роль індикаторів, залежно від стану яких центральний блок з мікропроцесором приймає те чи інше рішення у відповідності із закладеним алгоритмом. Підключається PIR-датчик «Ардуїнов» через три канали, серед яких вихідний цифровий сигнал, а також лінії живлення з різною полярністю – GND і VCC.

Скільки коштує пристрій?

Порівняно з цінниками сучасної сигналізаційною апаратури, сенсор виглядає вельми привабливо. Всього за 15-2 тис. р. можна придбати якісну модель і навіть з розширеною комплектацією. В середньому ж простий PIR-датчик оцінюється в суму, що не перевищує 1 тис. Інша справа, що про надійність і довговічність в даному випадку мова не йде. При цьому не варто думати, що цей компонент обійдеться недорого у складі комплексної охоронної системи. Навіть забезпечення безпеки невеликого приватного будинку може зажадати використання десятка таких датчиків, для кожного з яких також знадобиться і допоміжна оснащення під монтаж і підключення.

Висновок

Входження сенсорних компонентів в охоронні системи радикально змінило принципи їх роботи. З одного боку, детектори дозволили підняти на новий рівень безпеку об'єкта, що обслуговується, а з іншого – ускладнили технічну інфраструктуру, не кажучи про систему управління. Досить сказати, що PIR-датчик Arduino свої можливості в повній мірі розкриває тільки за умови програмування на автоматичну роботу. Причому він взаємодіє не тільки з прямими реєстраторами сигналу про вторгнення, але і з іншими чутливими елементами, які підвищують його ефективність. У той же час виробники прагнуть і полегшувати завдання самих користувачів. Для цього розробляються пристрої, що працюють без проводів, вводяться модулі управління датчиками з допомогою смартфонів і т. д.