Що таке PIR-датчик руху і як він працює?

Вам цікаво, як вмикається автоматичне світло, щойно ви заходите до кімнати? Або, можливо, ви замислювалися, як системи безпеки виявляють рух і викликають тривогу? Не шукайте далі, тому що в цій статті ми заглибимося в захопливий світ PIR-датчиків руху. Незалежно від того, чи є ви ентузіастом "зроби сам", чи просто зацікавлені в розумінні технології, що лежить в основі цих пристроїв, ми розглянемо, що таке ПІР-датчик руху, як він працює і де його можна застосувати. Від автоматичного освітлення до систем безпеки і навіть безконтактних термометрів - приготуйтеся розкрити секрети цієї геніальної технології.

Зміст

• Що таке PIR-датчик руху
• Як працюють PIR-датчики руху
  • Піроелектричний датчик
  • Об'єктив
• Зона та схема виявлення PIR-сенсора
• Що потрібно враховувати при розробці PIR-додатків
  • Розміщення датчиків
  • Дальність виявлення
  • Регулювання чутливості
  • Екологічні фактори
  • Джерело живлення
  • Інтеграція з іншими системами
  • Час блокування та затримка ввімкнення
• Застосування PIR-датчиків руху
  • Автоматичне освітлення
  • Додатки для безпеки
  • Безконтактний термометр PIR
  • PIR-датчик руху з імунітетом до домашніх тварин

Що таке PIR-датчик руху

PIR (Пасивний інфрачервоний) датчик руху це пристрій, який виявляє рух, вимірюючи зміни в інфрачервоне випромінювання. Він визначає рівень інфрачервоного випромінювання, що випускається теплими тілами і теплими предметами, в тому числі людським тілом. Інфрачервоне випромінювання невидиме для людського ока, оскільки воно випромінюється в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. На PIR-сенсори не впливають видиме світлощо дозволяє їм ефективно працювати як у світлому, так і в темному середовищі.

PIR-сенсор складається з двох основних частин: піроелектричного датчика і лінзи, яку часто називають лінзою Френеля. Піроелектричний датчик - це прямокутний кристал, розташований в центрі круглого металевого корпусу. Він реєструє зміни кількості інфрачервоного випромінювання, що падає на нього, яке змінюється залежно від температури та характеристик поверхні об'єктів перед датчиком. У пристрої використано кристал об'єктив фокусує інфрачервоні сигнали на піроелектричному датчику. Це допомагає сконцентрувати вхідне інфрачервоне випромінювання на датчику, підвищуючи його чутливість для точного виявлення руху.

PIR-датчики руху є пасивними, оскільки самі не випромінюють тепло або енергію. Їх робота заснована на виявленні інфрачервоного випромінювання, що випускається теплими об'єктами, які перебувають у полі зору. Це робить їх високоефективними і придатними для різних застосувань, включаючи автоматичні системи освітлення, системи безпеки і безконтактні термометри.

Як працюють PIR-датчики руху

PIR-датчики руху призначені для виявлення випромінювання живих істот, таких як люди або тварини. Коли теплий об'єкт або людина рухається в зоні виявлення PIR-датчика руху, він випромінює інфрачервоне випромінювання, а лінза датчика фокусує це випромінювання на піроелектричному сенсорі. Коли інфрачервоне випромінювання досягає датчика, воно викликає зміну електричного заряду піроелектричного матеріалу.

Ця зміна електричного заряду перетворюється на електричний сигнал, який обробляється схемою датчика. Якщо зміна електричного заряду перевищує певний поріг, це призводить до того, що датчик надсилає сигнал на підключений пристрій або систему, вказуючи на наявність руху.

PIR-датчики руху складніші за інші датчики через велику кількість змінних, які впливають на їхні вхідні та вихідні дані. Двома основними компонентами PIR-датчиків є: піроелектричний датчик і лінза:

Піроелектричний датчик

Піроелектричний датчик є основним компонентом PIR-датчика руху. Піроелектричний датчик, разом з допоміжною схемою, резисторами та конденсаторами, відповідає за виявлення рівнів інфрачервоного випромінювання та перетворення їх у цифровий вихідний імпульс. Цей цифровий вихідний імпульс вказує, чи було виявлено рух, чи ні.

Піроелектричний датчик розміщений у герметичній металевій банці, що підвищує його стійкість до шуму, температури та вологості. Датчик має вікно з матеріалу, що пропускає інфрачервоне випромінювання, як правило, кремнію з покриттям, яке пропускає інфрачервоне випромінювання, захищаючи при цьому чутливий елемент.

Усередині піроелектричного датчика є два збалансовані інфрачервоні датчики або електроди. Ці електроди з'єднані таким чином, що за відсутності руху вони компенсують один одного. Тобто, коли немає руху, обидва слоти виявляють однакову кількість інфрачервоного випромінювання, що призводить до нульового вихідного сигналу. Коли тепле тіло, наприклад, людина або тварина, проходить повз, воно перехоплює одну половину датчика, викликаючи позитивну зміну диференціала між двома половинами. Коли тепле тіло залишає зону чутливості і перехоплює іншу половину датчика, відбувається негативна зміна диференціала. Виявляючи ці зміни напруги, PIR-сенсор руху може виявити рух.

Об'єктив

Лінза - ще один важливий компонент PIR-датчика руху. Лінза визначає ширину, діапазон і схему зондування зони виявлення. Лінза в PIR-датчику руху зазвичай розміщена в пластиковому корпусі з напівпрозорим вікном. Це вікно дозволяє інфрачервоній енергії проникати всередину, зменшуючи ймовірність потрапляння сторонніх об'єктів у поле зору датчика або спричинення хибних тривог. Пластик, з якого виготовлено вікно, є прозорим для інфрачервоного випромінювання, що дозволяє датчику отримувати бажаний довжини хвиль. Вікно також може слугувати фокусуючим механізмом, допомагаючи спрямовувати інфрачервону енергію на поверхню датчика. Воно конденсує світло і забезпечує більший діапазон інфрачервоного випромінювання для сенсора. Лінза розділена на кілька фасетних секцій, кожна з яких діє як окрема лінза Френеля. 

Лінза Френеля складається з концентричних канавок, вирізаних у пластику, які діють як окремі заломлюючі поверхні, що збирають паралельні світлові промені у фокусній точці. Незважаючи на менший розмір, лінза Френеля може фокусувати світло так само, як звичайна оптична лінза. Така конструкція створює ряд зон виявлення, які чергуються одна з одною, підвищуючи здатність датчика виявляти рух у ширшому полі зору. Поперемінна орієнтація сублінз призводить до того, що центри лінз не збігаються, оскільки кожна з них спрямована на іншу половину PIR-сенсора.

Лінза також допомагає відфільтрувати небажані джерела інфрачервоного випромінювання, такі як сонячне світло або штучне освітленнящо може спричинити хибну тривогу. Він фокусує інфрачервоне випромінювання на піроелектричному датчику, що дозволяє точно виявляти зміни в інфрачервоному випромінюванні.

На додаток до лінзи Френеля, деякі PIR-датчики руху можуть мати внутрішні сегментовані параболічні дзеркала для подальшого фокусування інфрачервоної енергії на датчику. Ці дзеркала можуть підвищити чутливість і дальність дії датчика. Однак у таких випадках пластикове віконне покриття зазвичай не містить лінз Френеля.

Завдяки лінзі, PIR-сенсори руху можуть ефективно виявляти рух у визначеному діапазоні та полі зору. PIR-сенсори можуть бути сконфігуровані з різними лінзами для забезпечення певного покриття та структури виявлення, що дозволяє налаштовувати їх відповідно до вимог застосування.

Завдяки поєднанню піроелектричного датчика і лінзи, PIR-датчики руху можуть точно виявляти і реагувати на людину або інші бажані цілі, що робить їх цінними компонентами в різних сферах застосування, таких як автоматичне освітлення, системи безпеки і безконтактні термометри.

Зона та схема виявлення PIR-сенсора

Зона виявлення PIR-сенсора - це область, яку датчик може контролювати на предмет руху. Це покриття зазвичай представлено у вигляді кута, наприклад, 180 градусів або 360 градусів, що вказує на діапазон поля зору датчика.

Схема виявлення PIR-сенсора визначається лінзою та/або дзеркалом, які використовуються в його конструкції. PIR-сенсори часто використовують сегментовані лінзи або дзеркальні сегменти, щоб розділити поле зору на кілька зон. Кожна зона відповідає певній області виявлення. Коли об'єкт або людина рухається в межах зони виявлення, PIR-сенсор фіксує зміни в інфрачервоному випромінюванні, яке випромінює об'єкт. Датчик аналізує зміни в кожній зоні незалежно, щоб визначити наявність руху. Такий сегментований підхід допомагає зменшити кількість хибних тривог, спричинених факторами навколишнього середовища або рухом об'єктів поза зоною виявлення.

Зона виявлення та діаграма спрямованості PIR-сенсора можуть відрізнятися залежно від конкретної моделі та конструкції. Деякі датчики можуть мати вужче або ширше поле зору, а кількість, форма, розподіл і чутливість зон виявлення також можуть відрізнятися. Наприклад, ці PIR-сенсори мають дзеркала зі зворотною орієнтацією, що дозволяє забезпечити або широке покриття, або дуже вузьке покриття штори. Доступні PIR-сенсори з ширшим полем огляду, зокрема 360 градусів, зазвичай призначені для стельового монтажу.

Використовуючи PIR-датчики руху, слід мати на увазі кілька міркувань щодо зони виявлення та схеми виявлення:

• Визначте конкретну зону, яку потрібно контролювати на предмет руху, і виберіть PIR-сенсор з відповідним кутом охоплення. Враховуйте розмір і планування приміщення, щоб забезпечити достатнє покриття. Деякі PIR-сенсори також дають змогу регулювати чутливість, що може бути корисно в умовах різного рівня руху або частих хибних спрацьовувань.
• Правильне розміщення та позиціонування PIR-сенсора важливі для оптимального виявлення. Слід враховувати такі фактори, як висота встановлення, кут нахилу та потенційні перешкоди, щоб переконатися, що поле зору датчика не перекрите. Корпус PIR-сенсора зазвичай має пластикове вікно, яке пропускає інфрачервоне випромінювання, зменшуючи ймовірність потрапляння сторонніх предметів у поле зору датчика або спричинення хибних тривог. Пластикове вікно може також слугувати фільтром, що обмежує довжину хвиль до тих, які найбільш близькі до інфрачервоного випромінювання, випромінюваного людиною.

Що потрібно враховувати при розробці PIR-додатків

При проектуванні пасивні інфрачервоні застосуванняДля забезпечення оптимальної продуктивності та функціональності необхідно врахувати кілька факторів. Враховуючи ці міркування, ви можете максимізувати ефективність вашого PIR-датчика руху і створити надійну та ефективну систему.

Розміщення датчиків

Розміщення на сайті PIR-датчик руху є життєво важливим для точного виявлення. Розташовуйте датчик у місці з хорошою видимістю зони спостереження. Уникайте розміщення датчика поблизу джерел тепла або прямі сонячні променіоскільки це може призвести до хибні тривоги або неточних показань. Крім того, переконайтеся, що датчик встановлений таким чином, щоб його не було видно з вікна, оскільки сильне інфрачервоне випромінювання ззовні може перевантажити датчик і спричинити хибні спрацьовування.

Дальність виявлення

Враховуйте необхідну відстань виявлення для вашого конкретного застосування. Вибирайте PIR-сенсор з дальністю виявлення, що підходить для ефективного покриття потрібної площі. Майте на увазі, що більша дальність виявлення може вимагати вищих налаштувань чутливості, що може збільшити ймовірність хибних тривог.

Регулювання чутливості

Більшість PIR-сенсорів руху дозволяють регулювати рівень чутливості. Це налаштування визначає, наскільки легко датчик здійме тривогу або активує пристрій у відповідь на виявлений рух. Знайдіть правильний баланс між чутливістю та хибними тривогами, протестувавши датчик у різних сценаріях і відрегулювавши його відповідним чином. Деякі датчики "ігнорують" домашніх тварин, встановлюючи вищий поріг чутливості або фокусуючись на верхній частині кімнати, щоб уникнути виявлення руху на підлозі.

Екологічні фактори

На PIR-сенсори руху можуть впливати такі фактори навколишнього середовища, як температура, вологість і потік повітря. Щоб мінімізувати ці впливи, запечатайте PIR-сенсор всередині матеріалу, який зменшує вплив температури або вологості, наприклад, кремнію. Не встановлюйте датчик у місцях, де вентиляційні отвори системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря спрямовують гаряче або холодне повітря на віконце датчика, оскільки це може змінити температуру і спричинити хибні тривоги.

Джерело живлення

Враховуйте вимоги до джерела живлення для вашого застосування PIR. Виберіть датчик, сумісний з вашим джерелом живлення, і переконайтеся, що він відповідає вимогам до енергоспоживання вашого застосування.

Інтеграція з іншими системами

Якщо ви інтегруєте PIR-сенсор з іншими системами або пристроями, такими як сигналізація, освітлення або системи домашньої автоматизації, забезпечте сумісність і належний зв'язок між компонентами. Враховуйте протоколи та інтерфейси, необхідні для безперешкодної інтеграції.

Час блокування та затримка ввімкнення

PIR-сенсори мають час блокування та затримку увімкнення. Протягом часу блокування, зазвичай близько 2 секунд, будь-який виявлений рух ігнорується, щоб запобігти хибним спрацьовуванням. Крім того, PIR-сенсорам потрібен період калібрування приблизно від 30 до 60 секунд після увімкнення, щоб вивчити інфрачервону сигнатуру навколишнього середовища. Щоб уникнути хибних спрацьовувань, ігноруйте будь-які спрацьовування протягом цього періоду калібрування.

Застосування PIR-датчиків руху

PIR-датчики руху мають широкий спектр застосування завдяки їх здатності виявляти рух людини і служити тригером для різних пристроїв і систем завдяки низькому енергоспоживанню, низькій вартості і простоті використання. Однак PIR-сенсори мають обмеження і не надають інформацію про кількість людей або їхню близькість до датчика. Крім того, вони можуть спрацьовувати від домашніх тварин, тому в деяких ситуаціях можуть знадобитися експерименти та точне налаштування.

Розглянемо деякі з найпоширеніших застосувань PIR-датчиків руху.

Автоматичне освітлення

Автоматичне освітлення - це широко використовуване застосування PIR-датчиків руху, що забезпечує зручність та енергоефективність у різних умовах. Коли людина заходить у кімнату або на територію, PIR-датчик руху виявляє її рух і вмикає світло. Це усуває необхідність ручних вимикачів і гарантує, що світло вмикається тільки тоді, коли це необхідно, що призводить до економії енергії та зниження витрат на електроенергію.

PIR-датчик руху працює, виявляючи зміни інфрачервоного випромінювання в межах свого діапазону виявлення. Коли людина рухається в полі зору датчика, тепло її тіла випромінює інфрачервоне випромінювання, яке фіксується датчиком. Згодом датчик надсилає сигнал до системи освітлення, даючи команду увімкнути світло.

Під час ініціалізації, яка зазвичай триває від 30 до 60 секунд після увімкнення, PIR-датчик руху калібрує себе відповідно до навколишнього середовища, вивчаючи інфрачервону сигнатуру навколишнього середовища. Під час калібрування можуть відбуватися хибні спрацьовування, тому будь-які спрацьовування в цей період слід ігнорувати. Мінімізація руху перед датчиком під час самокалібрування допоможе уникнути втручання в процес калібрування.

В автоматичних системах освітлення електроніка в PIR-датчику руху зазвичай керує вбудованим реле, здатним перемикати напругу в мережі. Це дозволяє PIR-сенсору активувати підключені до нього світильники при виявленні руху. Це застосування зазвичай використовується у зовнішніх сценаріях для охоронне освітлення або для практичних цілей, наприклад, для освітлення вхідних дверей, щоб допомогти знайти ключі в темряві. Автоматичне освітлення також може бути впроваджене в громадських туалетах, коморах, коридорах та інших місцях, де автоматичне керування освітленням є корисним. Вмикаючи світло лише за необхідності, можна досягти економії електроенергії та не залежати від того, що користувачі не забудуть вимкнути світло, покидаючи приміщення.

Додатки для безпеки

PIR-датчики руху мають широкий спектр застосувань у сфері безпеки, що робить їх цінним доповненням до будь-якої системи безпеки.

Виявлення вторгнень

PIR-датчики руху часто інтегруються в системи охоронної сигналізації для виявлення несанкціонованого проникнення в приміщення. Ці датчики можуть виявляти тепло, яке випромінює тіло людини, коли вона рухається в межах діапазону виявлення. При виявленні будь-якого руху датчик запускає тривогу, сповіщаючи мешканців або службу моніторингу безпеки.

Захист периметра

PIR-датчики руху можуть бути стратегічно розміщені по периметру об'єкта для виявлення будь-якого несанкціонованого доступу. Покриваючи ключові точки входу, такі як двері, вікна та ворота, ці датчики можуть ефективно контролювати навколишнє середовище і викликати тривогу в разі виявлення будь-якого руху.

Зовнішня безпека

PIR-датчики руху зазвичай використовуються для зовнішніх систем безпеки. Вони можуть бути встановлені в світильниках зовнішнього освітлення або автономно, щоб виявляти будь-який рух поблизу. Це допомагає відлякати потенційних зловмисників і підвищити загальний рівень безпеки об'єкта. Наприклад, охоронне освітлення можна налаштувати так, щоб воно вмикалося при виявленні руху, щоб відлякати злочинців або для практичних цілей, наприклад, для пошуку ключів у темряві.

Відеоспостереження

PIR-датчики руху можна інтегрувати з системами відеоспостереження, щоб підвищити їхню ефективність. Коли PIR-датчик виявляє рух, він може запустити запис відеозапису, що дозволяє співробітникам служби безпеки переглянути події, що передували виявленню руху. Ця функція особливо корисна для виявлення потенційних загроз і збору доказів у разі будь-яких інцидентів, пов'язаних з безпекою.

Контроль доступу

PIR-датчики руху можуть використовуватися в системах контролю доступу для моніторингу пересування людей в межах обмеженої зони. Виявляючи рух, ці датчики можуть запускати розблокування дверей або воріт, дозволяючи авторизованому персоналу увійти. Це додає додатковий рівень безпеки, гарантуючи, що тільки уповноважені особи можуть отримати доступ до конфіденційних зон.

Тривожні сигнали

PIR-датчики руху можуть бути інтегровані в системи тривожної сигналізації, щоб забезпечити додатковий рівень безпеки в надзвичайних ситуаціях. Ці датчики можна запрограмувати на виявлення певних моделей руху або жестів, які вказують на лихо. При спрацьовуванні датчик може активувати тривогу, сповіщаючи персонал служби безпеки або екстрені служби про необхідність негайної допомоги.

Безконтактний термометр PIR

Безконтактний PIR-термометр - це тип термометра, який використовує PIR-датчик руху для вимірювання температури об'єкта без необхідності фізичного контакту. Ця технологія особливо корисна в ситуаціях, коли використання контактних термометрів може бути непрактичним або небезпечним, наприклад, при вимірюванні температури рухомих об'єктів, гарячих поверхонь або в середовищах, де існує проблема перехресного забруднення.

PIR-сенсор руху в безконтактному термометрі реєструє інфрачервоне випромінювання, яке випускає об'єкт. Кожен об'єкт з температурою вище абсолютного нуля випромінює інфрачервоне випромінювання, а інтенсивність цього випромінювання безпосередньо пов'язана з температурою об'єкта. PIR-сенсор перетворює виявлене випромінювання в електричний сигнал, який потім обробляється для визначення температури об'єкта.

Одне з цікавих застосувань безконтактних PIR-термометрів - вимірювання віддалених об'єктів. У цих конструкціях PIR-схема використовується для вимірювання температури об'єкта на відстані. Вихідний сигнал від PIR-сенсора оцінюється відповідно до калібрування, специфічного для інфрачервоного спектру матеріалу, що спостерігається. Таке калібрування дозволяє отримувати відносно точні і достовірні вимірювання температури на відстані.

Без калібрування на конкретний тип матеріалу, за яким ведеться спостереження, безконтактний PIR-термометр може вимірювати зміни в інфрачервоному випромінюванні, які відповідають змінам температури. Однак без калібрування неможливо розрахувати фактичні значення температури.

Швидкість і зручність безконтактних PIR-термометрів роблять їх ідеальними для різних застосувань. Вони можуть миттєво вимірювати температуру на відстані, що робить їх придатними для використання в промисловості, медицині та навіть у побуті. У промислових умовах безконтактні термометри PIR можуть вимірювати температуру машин, двигунів або іншого обладнання без необхідності фізичного контакту, підвищуючи безпеку і ефективність. У медицині вони зазвичай використовуються для вимірювання температури тіла без ризику перехресного забруднення.

PIR-датчик руху з імунітетом до домашніх тварин

Ізольований від домашніх тварин PIR-сенсор руху - це спеціалізований тип PIR-сенсора руху, розроблений для мінімізації хибних тривог, спричинених домашніми тваринами. Він використовує передові технології для розрізнення руху домашніх тварин і потенційних зловмисників, що робить його ідеальним вибором для домогосподарств з домашніми тваринами.

Традиційні PIR-сенсори руху виявляють зміни інфрачервоного випромінювання в межах свого діапазону виявлення, а це означає, що будь-який рух, зокрема домашніх тварин, може спричинити спрацьовування датчика і призвести до хибних тривог. Однак у PIR-сенсорах руху з імунітетом до тварин використовуються різні методи для подолання цієї проблеми.

Один із поширених методів, який використовують PIR-датчики руху з імунітетом до тварин, - це встановлення порогової ваги. Це означає, що датчик здійме тривогу, тільки якщо виявлений рух перевищує певну вагову межу. Таким чином, дрібні тварини, такі як коти або маленькі собаки, не сприймаються як потенційні зловмисники, що зменшує ймовірність хибних тривог. Якщо у вас є великі домашні тварини, важливо вибрати датчик з вищим ваговим порогом, щоб уникнути помилкового розпізнавання їх як зловмисників.

Інший метод - використання декількох зон виявлення. Такі датчики поділяють зону виявлення на різні зони та аналізують патерни руху в кожній з них. Таким чином, вони можуть відрізнити рух домашнього улюбленця від руху людини. Наприклад, якщо рух зафіксовано лише в нижніх зонах, найімовірніше, його спричинив домашній улюбленець.

Конфігурація диференціального підсилювача також використовується для нівелювання середньої температури поля зору, що зменшує ймовірність хибних спрацьовувань, спричинених короткими спалахами світла або освітленістю по всьому полю. Це також мінімізує синфазні завади, ще більше підвищуючи здатність датчика протистояти спрацьовуванню через близькі електричні поля.

Розміщення датчика на відповідній висоті допоможе мінімізувати ймовірність хибних тривог, спричинених домашніми тваринами, а регулювання кута нахилу гарантує, що він охопить потрібну зону, уникаючи ділянок, де тварини можуть блукати.