PIR-датчик: описание и инструкция по подключению
В редких случаях современные системы сигнализации обходятся без сенсорных компонентов. Именно чувствительные датчики позволяют обнаруживать тревожные признаки по тем или иным показателям. В системах безопасности дома такие задачи выполняют детекторы света, оконные сенсоры удара, устройства для определения утечек и т. д. Но если речь идет об охранной функции, то на первое место выходит PIR-датчик движения, работающий на принципе инфракрасного излучения. Это миниатюрное устройство, которое может и само по себе выступать индикатором состояния обслуживаемого участка или входить в общий охранный комплекс. Как правило, выбирается второй вариант использования сенсора как наиболее эффективное решение.
Общие сведения о датчике
Практически все датчики движения предназначены для обнаружения посторонних в помещении. Классическая охранная система предполагает, что сенсор зафиксирует факт вторжения в контролируемую зону, после чего сигнал поступит на пункт управления и далее будут предприняты те или иные меры. Чаще всего подается сигнал в виде SMS-сообщения на пульт уже непосредственно охранной службы, а также на телефон хозяина. В данном случае рассматривается одна из разновидностей таких устройств – пироэлектрический PIR-датчик, который отличается высокой эффективностью и точностью. Впрочем, качество функции таких моделей зависит от множества факторов – от выбранной схемы интеграции сенсора в охранный комплекс до внешних условий воздействия на конструкцию с чувствительной начинкой. Важно также заметить, что датчики движения не всегда используют как инструмент защиты от злоумышленника. Его вполне можно установить для автоматического контроля отдельных участков системы освещения. В таком случае, например, прибор будет активизироваться при входе пользователя в помещение и так же выключаться, когда он его покинет.
Принцип работы
Для понимания специфики работы данного устройства стоит обратиться к особенностям реакций некоторых кристаллических веществ. Используемые в датчике чувствительные элементы обеспечивают эффект поляризации в моменты, когда на них падает излучение. В данном случае идет речь о тепловом излучении от человеческого тела. При резком изменении характеристик в наблюдаемой зоне меняется и напряженность в электрическом поле кристалла. Собственно, по этой причине инфракрасный датчик PIR также называется пироэлектрическим. Как и все детекторы, такие устройства не идеальны. В зависимости от условий они могут срабатывать на ложные сигналы или не определять целевые явления. Однако по совокупности эксплуатационных свойств в большинстве случаев они оправдывают свое применение.
Основные характеристики
Главные рабочие показатели, которые должен учитывать потребитель, касаются радиусов действия устройства и способностей к автономной работе. Что касается параметров по диапазонам охвата, то контролируемая зона, как правило, составляет 6-7 м. Этого достаточно, если дело касается охраны частного дома и тем более квартиры. В некоторых моделях предусматривается и функция микрофона – в этой части также важно определить радиус действия, который может достигать и 10 м. Вместе с этим PIR-датчик может иметь прямое или автономное энергоснабжение. Если планируется организация охранной системы, то лучше приобретать модели со встроенными аккумуляторами, которые не требуют проводки. Далее определяется время, на протяжении которого устройство сможет поддерживать свою функцию без дозарядки. Современные модели не требуют большого энергетического обеспечения, поэтому в пассивном состоянии могут работать порядка 15-20 дней.
Конструкция устройства
Корпус датчиков обычно выполняется из металла. Внутри содержатся два кристалла – это и есть чувствительные к термическому излучению элементы. Важной конструкционной особенностью детекторов этого типа является своего рода окошко в металлической оболочке. Оно предназначено для допуска излучения нужного диапазона. Такая фильтрация как раз и предназначена для повышения точности работы кристаллов. Перед окном в корпусе также располагается оптический модуль, который формирует необходимую диаграмму направленности волн. Чаще всего PIR-датчик снабжается линзой Френеля, штампованной на пластике. Для обработки уже электрических сигналов и отсечения помех используется и полевой транзистор. Он располагается возле чувствительных кристаллов и, несмотря на задачу отсечения помех, в некоторых моделях может понижать эффективность функции кристалла.
Система GSM в датчике
Данный опционал можно назвать излишним, хотя есть немало приверженцев такой концепции. Суть совмещения функции определения движения посредством сенсора и модуля GSM обусловлена стремлением уже к полной автономности устройства. Как отмечалось выше, датчик связывается с центральным пультом управления, от которого в дальнейшем исходит сигнал на оперативный охранный комплекс или на телефон непосредственного владельца. Если же используется PIR-датчик движения с системой GSM, то отправка тревожного сигнала может осуществляться моментально в момент регистрации факта проникновения. То есть этап переправки сигнала на промежуточный контроллер пропускается, что позволяет выиграть иногда несколько секунд. И это не говоря о повышении надежности за счет исключения дополнительных звеньев в цепи передачи сообщения. В чем же недостаток данного решения? Во-первых, оно полностью полагается на работу GSM-связи, что, напротив, понижает надежность системы, но уже по другой причине. Во-вторых, наличие модуля как такового негативно сказывается на работе чувствительного элемента – соответственно, точность фиксации проникновения снижается.
Программное обеспечение
В сложных охранных комплексах, где используются интеллектуальные контроллеры с высокой степенью автоматизации, не обойтись без средств программирования датчика. Обычно производители разрабатывают специальные готовые программы с обширным набором режимов эксплуатации. Но при возможности пользователь может создать и свой алгоритм действия датчика в тех или иных условиях. Его можно будет интегрировать через официальное программное обеспечение, которое поставляется вместе с аппаратурой. Обычно таким образом настраивается схема действия прибора в моменты фиксации тревоги – например, прописывается алгоритм отправки сообщений, если модель имеет тот же модуль обеспечения сотовой связи. С другой стороны, распространены домашние не охранные PIR-датчики светодиодные, отзывы о которых отмечают эффективность информирования о работе отдельных компонентов системы освещения. В каждом устройстве есть микроконтроллер, который отвечает за действия прибора в соответствии с заложенными командами.
Установка сенсора
Физическая установка датчика производится с помощью комплектных фиксаторов. Обычно применяют кронштейны или саморезы, закрепляющие не сам корпус детектора, а конструкцию, в которую он первоначально интегрируется. По сути, это дополнительный каркас с предусмотренными для закручивания отверстиями. Но главное в этой части работы – верно рассчитать положение сенсора. Дело в том, что инфракрасный датчик движения PIR проявляет наибольшую чувствительность в ситуациях, когда объект с тепловым излучением пересекает поле контроля со стороны. И напротив, если человек направляется прямо на устройство, то способность фиксации сигнала будет минимальной. Также не стоит располагать прибор в местах, которые постоянно или периодически подвергаются температурным колебаниям из-за работы отопительного оборудования, открывающихся дверей и окон или работающей системы вентиляции.
Подключение датчика
Устройство необходимо подключить к основному реле контроллера и системе энергоснабжения. На типовом аппарате предусматривается плата с клеммами, предназначенными для источника питания. Чаще всего используется источник с напряжением 9-14 В, а ток потребления может составлять 12-20 мА. Обычно производители указывают электротехнические характеристики посредством маркировки клемм. Соединение осуществляется по одной из стандартных схем с учетом особенностей эксплуатации конкретной модели. В некоторых модификациях возможно подключение PIR-датчика без проводки, то есть напрямую к сети. Это в некотором роде комбинированные конструкции, которые устанавливаются на открытых местах и управляют теми же системами освещения. В случае установки охранного сенсора такой вариант вряд ли будет уместен.
Нюансы эксплуатации
Сразу после монтажа и подключения следует задать устройству оптимальные параметры функционирования. Например, регулировке поддается сила чувствительности, диапазон охвата излучения и т. д. В новейших программируемых модификациях допускается и возможность автоматической коррекции параметров работы датчика в зависимости от условий эксплуатации. Так, если подключить PIR-датчик к центральному контроллеру, связанному с терморегуляторами, то чувствительный элемент сможет варьировать границы критических показателей излучения на основе получаемых данных о температуре.
Датчик в системе «Ардуино»
Комплекс «Ардуино» является одной из самых популярных систем управления домашней автоматикой. Это контроллер, к которому подключаются источники освещения, системы мультимедиа, отопительные приборы и другая бытовая техника. Датчики в этом комплексе не являются конечными функциональными устройствами – они лишь выполняют роль индикаторов, в зависимости от состояния которых центральный блок с микропроцессором принимает то или иное решение в соответствии с заложенным алгоритмом. Подключается PIR-датчик «Ардуино» через три канала, среди которых выходной цифровой сигнал, а также линии питания с разной полярностью – GND и VCC.
Популярные модели PIR-датчиков
Большинство датчиков преимущественно выпускаются китайскими производителями, поэтому стоит готовиться к проблемам с электротехнической начинкой. Приобрести по-настоящему качественный сенсор можно разве что в комплектации с контроллерами. Тем не менее многие хвалят датчик движения PIR MP Alert A9, который хоть и представляет бюджетный сегмент, но отличается достойной сборкой и неплохими рабочими качествами. По-своему интересны и такие модели, как Sensor GH718 и HC-SR501. Это датчики открытого типа, которые можно без труда замаскировать или включить в комплекс того же контроллера. Что касается эксплуатационных свойств, то радиус охвата описанных моделей составляет 5-7 м, а время автономной работы – в среднем 5 дней.
Сколько стоит устройство?
По сравнению с ценниками современной сигнализационной аппаратуры, сенсор выглядит весьма привлекательно. Всего за 1,5-2 тыс. р. можно приобрести качественную модель и даже с расширенной комплектацией. В среднем же простой PIR-датчик оценивается в сумму, не превышающую 1 тыс. Другое дело, что о надежности и долговечности в данном случае речи не идет. При этом не стоит думать, что этот компонент обойдется недорого в составе комплексной охранной системы. Даже обеспечение безопасности небольшого частного дома может потребовать использование десятка таких датчиков, для каждого из которых также понадобится и вспомогательная оснастка под монтаж и подключение.
Заключение
Вхождение сенсорных компонентов в охранные системы радикально изменило принципы их работы. С одной стороны, детекторы позволили поднять на новый уровень безопасность обслуживаемого объекта, а с другой – усложнили техническую инфраструктуру, не говоря о системе управления. Достаточно сказать, что PIR-датчик Arduino свои возможности в полной мере раскрывает только при условии программирования на автоматическую работу. Причем он взаимодействует не только с прямыми регистраторами сигнала о вторжении, но и с другими чувствительными элементами, которые повышают его эффективность. В то же время производители стремятся и облегчать задачи самих пользователей. Для этого разрабатываются устройства, работающие без проводов, вводятся модули управления датчиками с помощью смартфонов и т. д.