Что такое датчик движения PIR и как он работает?

Вам интересно, как автоматически включается свет, как только вы входите в комнату? А может быть, вы задумывались о том, как Системы безопасности обнаруживают движение и запускать сигнализацию? Не ищите дальше, потому что в этой статье мы погрузимся в увлекательный мир PIR-датчиков движения. Независимо от того, являетесь ли вы энтузиастом DIY или просто хотите понять технологию, лежащую в основе этих устройств, мы рассмотрим, что такое PIR-датчик движения, как он работает, и его различные применения. От автоматического освещения до систем безопасности и даже бесконтактных термометров - приготовьтесь раскрыть секреты этой гениальной технологии.

Содержание

• Что такое датчик движения PIR
• Как работают датчики движения PIR
  • Пироэлектрический датчик
  • Объектив
• Охват и схема обнаружения PIR
• Что нужно учитывать при разработке PIR-приложений
  • Размещение датчиков
  • Диапазон обнаружения
  • Регулировка чувствительности
  • Экологические факторы
  • Источник питания
  • Интеграция с другими системами
  • Время блокировки и задержка включения питания
• Применение PIR-датчика движения
  • Автоматическое освещение
  • Приложения для обеспечения безопасности
  • Бесконтактный термометр PIR
  • Иммунный детектор движения PIR для домашних животных

Что такое датчик движения PIR

ПИР (Пассивное инфракрасное излучение) датчик движения это устройство, которое обнаруживает движение, измеряя изменения в инфракрасное излучение. Он специально определяет уровень инфракрасного излучения, испускаемого теплыми телами и теплыми предметами, включая человеческое тело. Инфракрасное излучение не видно человеческому глазу, поскольку оно испускается на инфракрасных длинах волн. PIR-датчики не подвержены влиянию видимый светЭто позволяет им эффективно работать как в светлых, так и в темных помещениях.

PIR-датчик состоит из двух основных частей: пироэлектрического датчика и линзы, часто называемой линзой Френеля. Пироэлектрический датчик представляет собой прямоугольный кристалл, расположенный в центре круглого металлического корпуса. Он обнаруживает изменения в количестве инфракрасного излучения, попадающего на него, которое изменяется в зависимости от температуры и характеристик поверхности объектов перед датчиком. Сайт объектив фокусирует инфракрасные сигналы на пироэлектрическом датчике. Он помогает сконцентрировать входящее инфракрасное излучение на датчике, повышая его чувствительность для точного обнаружения движения.

PIR-датчики движения являются пассивными, поскольку сами не излучают тепло или энергию. Их работа основана на обнаружении инфракрасного излучения, испускаемого теплыми объектами в поле их зрения. Это делает их высокоэффективными и подходящими для различных применений, включая автоматические системы освещения, системы безопасности и бесконтактные термометры.

Как работают датчики движения PIR

PIR-датчики движения предназначены для обнаружения излучения, испускаемого живыми существами, такими как люди или животные. Когда теплый предмет или человек перемещается в пределах диапазона обнаружения PIR-датчика движения, он испускает инфракрасное излучение, а линза датчика фокусирует это излучение на пироэлектрическом датчике. Когда инфракрасное излучение достигает датчика, оно вызывает изменение электрического заряда пироэлектрического материала.

Это изменение электрического заряда преобразуется в электрический сигнал, который обрабатывается схемой датчика. Если изменение электрического заряда превышает определенный порог, датчик начинает посылать сигнал на подключенное устройство или систему, указывая на наличие движения.

PIR-датчики движения сложнее других датчиков из-за множества переменных, которые влияют на их вход и выход. Два основных компонента PIR-датчиков: пироэлектрический датчик и линза:

Пироэлектрический датчик

Пироэлектрический датчик является основным компонентом PIR-датчика движения. Пироэлектрический датчик вместе со вспомогательной схемой, резисторами и конденсаторами отвечает за обнаружение уровня инфракрасного излучения и преобразование его в цифровой выходной импульс. Этот цифровой выходной импульс показывает, было ли обнаружено движение или нет.

Пироэлектрический датчик помещен в герметичный металлический корпус, что повышает его помехозащищенность, устойчивость к перепадам температуры и влажности. Датчик имеет окно из ИК-пропускающего материала, обычно кремния с покрытием, которое пропускает инфракрасное излучение, защищая при этом чувствительный элемент.

Внутри пироэлектрического датчика находятся два сбалансированных инфракрасных датчика или электрода. Эти электроды подключены таким образом, что при отсутствии движения они гасят друг друга. То есть при отсутствии движения оба слота обнаруживают одинаковое количество инфракрасного излучения, что приводит к нулевому выходному сигналу. Когда мимо проходит теплое тело, например, человек или животное, оно перехватывает одну половину датчика, вызывая положительное дифференциальное изменение между двумя половинами. Когда теплое тело покидает зону обнаружения и перехватывает другую половину датчика, возникает отрицательное дифференциальное изменение. Улавливая эти изменения напряжения, PIR-датчик движения может обнаружить движение.

Объектив

Линза - еще один важный компонент PIR-датчика движения. Линза определяет ширину, дальность и характер зоны обнаружения. Линза в PIR-датчике движения обычно помещена в пластиковый корпус с полупрозрачным окном. Это окно позволяет инфракрасной энергии проникать внутрь, снижая вероятность того, что посторонние предметы заслонят поле зрения датчика или вызовут ложную тревогу. Пластик, из которого изготовлено окно, прозрачен для инфракрасного излучения, что позволяет датчику получать необходимую длины волн. Окно также может служить фокусирующим механизмом, помогая направить инфракрасную энергию на поверхность датчика. Оно конденсирует свет и обеспечивает больший диапазон инфракрасного излучения для датчика. Линза разделена на несколько фасеточных секций, каждая из которых действует как отдельная линза Френеля. 

Линза Френеля состоит из концентрических канавок, вырезанных в пластике и выполняющих роль отдельных преломляющих поверхностей, которые собирают параллельные лучи света в фокальной точке. Несмотря на меньший размер, линза Френеля может фокусировать свет так же, как и обычная оптическая линза. Такая конструкция создает ряд областей обнаружения, которые чередуются друг с другом, повышая способность датчика обнаруживать движение в более широком поле зрения. Попеременная ориентация подлинз приводит к тому, что центры линз кажутся несовпадающими, и каждая из них направлена на разную половину чувствительного элемента PIR.

Линза также помогает отфильтровать нежелательные источники инфракрасного излучения, такие как солнечный свет или искусственное освещениечто может привести к ложным срабатываниям. Он фокусирует инфракрасное излучение на пироэлектрическом датчике, что позволяет точно определять изменения в инфракрасном излучении.

В дополнение к линзе Френеля некоторые PIR-датчики движения могут включать в себя внутренние сегментированные параболические зеркала для дополнительной фокусировки инфракрасной энергии на датчик. Эти зеркала могут повысить чувствительность и дальность действия датчика. Однако в таких случаях пластиковая крышка окна обычно не имеет линз Френеля.

С помощью линзы датчики движения PIR могут эффективно обнаруживать движение в пределах заданного диапазона и поля зрения. PIR-датчики могут быть сконфигурированы с различными линзами для обеспечения определенного охвата и шаблонов обнаружения, что позволяет настраивать их в соответствии с требованиями приложения.

Благодаря сочетанию пироэлектрического датчика и линзы, PIR-датчики движения могут точно обнаруживать и реагировать на человека или другие желаемые цели, что делает их ценными компонентами в различных приложениях, таких как автоматическое освещение, системы безопасности и бесконтактные термометры.

Охват и схема обнаружения PIR

Зона обнаружения PIR-датчика - это область, которую датчик может контролировать на предмет движения. Этот охват обычно представлен в виде угла, например 180 или 360 градусов, что указывает на диапазон поля зрения датчика.

Шаблон обнаружения PIR-датчика определяется линзой и/или зеркалом, используемыми в его конструкции. В датчиках PIR часто используются сегментированные линзы или сегменты зеркал, чтобы разделить поле зрения на несколько зон. Каждая зона соответствует определенной области обнаружения. Когда объект или человек перемещается в зоне обнаружения, PIR-датчик обнаруживает изменения в инфракрасном излучении, испускаемом объектом. Датчик анализирует изменения в каждой зоне независимо друг от друга, чтобы определить наличие движения. Такой сегментированный подход помогает снизить количество ложных тревог, вызванных факторами окружающей среды или движением объектов за пределами требуемой зоны обнаружения.

Охват и схема обнаружения PIR-датчика могут варьироваться в зависимости от конкретной модели и конструкции. Некоторые датчики могут иметь более узкое или более широкое поле зрения, а количество, форма, распределение и чувствительность зон обнаружения также могут варьироваться. Например, эти PIR-датчики имеют зеркала с изменяемой ориентацией, что позволяет получить либо широкий охват, либо очень узкую шторку. PIR-датчики с более широким полем зрения, включая 360 градусов, обычно предназначены для потолочного монтажа.

При использовании PIR-датчиков движения необходимо учитывать несколько моментов, касающихся зоны обнаружения и шаблона:

• Определите конкретную область, которую необходимо контролировать на предмет движения, и выберите PIR-датчик с соответствующим углом охвата. Учитывайте размеры и планировку помещения, чтобы обеспечить достаточный охват. Некоторые PIR-датчики также позволяют регулировать чувствительность, что может быть полезно в условиях с разным уровнем движения или частыми ложными срабатываниями.
• Правильное размещение и позиционирование PIR-датчика важно для оптимального обнаружения. Необходимо учитывать такие факторы, как высота установки, угол наклона и возможные препятствия, чтобы не загораживать поле зрения датчика. Корпус PIR-датчика обычно имеет пластиковое окно, которое пропускает инфракрасное излучение, снижая вероятность того, что посторонние предметы заслонят обзор датчика или вызовут ложные срабатывания. Пластиковое окно может также служить в качестве фильтра, ограничивающего длину волны до тех, которые наиболее близки к инфракрасному излучению, испускаемому человеком.

Что нужно учитывать при разработке PIR-приложений

При проектировании пассивные инфракрасные приложенияДля обеспечения оптимальной производительности и функциональности необходимо учитывать несколько факторов. Приняв во внимание эти соображения, вы сможете максимально повысить эффективность вашего PIR-датчика движения и создать надежную и эффективную систему.

Размещение датчиков

Размещение PIR-датчик движения является жизненно важным для точного обнаружения. Расположите датчик в месте с четкой линией видимости контролируемой зоны. Избегайте размещения датчика вблизи источников тепла или прямые солнечные лучиЭто может привести к ложные тревоги или неточные показания. Кроме того, убедитесь, что датчик установлен таким образом, что он не видит из окна, так как сильные инфракрасные источники снаружи могут перегрузить датчик и вызвать ложные срабатывания.

Диапазон обнаружения

Учитывайте требуемое расстояние обнаружения для конкретного применения. Выберите PIR-датчик с диапазоном обнаружения, подходящим для эффективного покрытия требуемой области. Имейте в виду, что для больших расстояний обнаружения могут потребоваться более высокие настройки чувствительности, что может увеличить вероятность ложных срабатываний.

Регулировка чувствительности

Большинство датчиков движения PIR позволяют регулировать уровень чувствительности. Эта настройка определяет, насколько легко датчик будет включать сигнал тревоги или активировать устройство в ответ на обнаруженное движение. Найдите оптимальный баланс между чувствительностью и ложными срабатываниями, протестировав датчик в различных сценариях и настроив его соответствующим образом. Некоторые датчики предназначены для того, чтобы "игнорировать" домашних животных, устанавливая более высокий порог чувствительности или фокусируясь на верхней части комнаты, чтобы не обнаружить движение на полу.

Экологические факторы

На работу PIR-датчиков движения могут влиять такие факторы окружающей среды, как температура, влажность и поток воздуха. Чтобы минимизировать это влияние, запечатайте PIR-датчик внутри материала, который снижает влияние температуры или влажности, например кремния. Не размещайте датчик в местах, где вентиляционные отверстия системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха подают горячий или холодный воздух на окно датчика, так как это может изменить температуру и вызвать ложные срабатывания.

Источник питания

Учитывайте требования к источнику питания для вашей системы PIR. Выберите датчик, совместимый с вашим источником питания, и убедитесь, что он соответствует требованиям к энергопотреблению вашего приложения.

Интеграция с другими системами

Если вы интегрируете PIR-датчик с другими системами или устройствами, такими как сигнализация, освещение или системы домашней автоматизации, обеспечьте совместимость и надлежащую связь между компонентами. Рассмотрите протоколы и интерфейсы, необходимые для бесшовной интеграции.

Время блокировки и задержка включения питания

PIR-датчики имеют время блокировки и период задержки включения. В течение времени блокировки, обычно около 2 секунд, любое обнаруженное движение игнорируется для предотвращения ложных срабатываний. Кроме того, PIR-датчикам требуется период калибровки (примерно 30-60 секунд) после включения, чтобы узнать инфракрасную сигнатуру окружающей среды. Игнорируйте любые срабатывания в течение этого периода калибровки, чтобы избежать ложных срабатываний.

Применение PIR-датчика движения

PIR-датчики движения имеют широкий спектр применения благодаря своей способности обнаруживать движение человека и обеспечивать срабатывание различных устройств и систем, а также низкому энергопотреблению, низкой стоимости и простоте использования. Однако PIR-датчики имеют свои ограничения и не могут предоставить информацию о количестве людей или их близости к датчику. Кроме того, они могут срабатывать от домашних животных, поэтому в некоторых ситуациях могут потребоваться эксперименты и тонкая настройка.

Давайте рассмотрим некоторые из распространенных областей применения датчиков движения PIR.

Автоматическое освещение

Автоматическое освещение - это широко распространенное применение датчиков движения PIR, обеспечивающее удобство и энергоэффективность в различных условиях. Когда человек входит в помещение или зону, PIR-датчик движения обнаруживает его движение и включает освещение. Это устраняет необходимость в ручных выключателях и гарантирует, что свет будет включаться только тогда, когда это необходимо, что приводит к экономии энергии и снижению затрат на электричество.

Датчик движения PIR работает, обнаруживая изменения в инфракрасном излучении в пределах своего диапазона обнаружения. Когда человек перемещается в поле зрения датчика, тепло его тела испускает инфракрасное излучение, которое регистрируется датчиком. После этого датчик посылает сигнал в систему освещения, давая команду на включение света.

Во время инициализации, которая обычно занимает от 30 до 60 секунд после включения, PIR-датчик движения калибруется под окружающую среду, изучая инфракрасный сигнал окружающей среды. В течение этого времени калибровки могут происходить ложные срабатывания, поэтому любые срабатывания в этот период следует игнорировать. Минимизация движения перед датчиком во время самокалибровки поможет избежать вмешательства в процесс калибровки.

В системах автоматического освещения электроника, входящая в состав PIR-датчика движения, обычно управляет встроенным реле, способным коммутировать сетевое напряжение. Это позволяет PIR активировать подключенные к нему светильники при обнаружении движения. Такое применение обычно используется в уличных сценариях для охранное освещение или в практических целях, например, для освещения зоны входной двери, чтобы помочь найти ключи в темноте. Автоматическое освещение также может быть использовано в общественных туалетах, гардеробах, коридорах и других местах, где автоматическое управление светом является полезным. Включая свет только в случае необходимости, можно добиться экономии электроэнергии и не зависеть от того, помнят ли пользователи о необходимости выключать свет, покидая помещение.

Приложения для обеспечения безопасности

Датчики движения PIR имеют широкий спектр применения в сфере безопасности, что делает их ценным дополнением к любой системе безопасности.

Обнаружение вторжений

Датчики движения PIR часто интегрируются в системы охранной сигнализации для обнаружения несанкционированного проникновения в помещение. Эти датчики способны улавливать тепло, излучаемое телом человека при его перемещении в пределах зоны обнаружения. При обнаружении любого движения датчик включает сигнал тревоги, оповещая жильцов или службу мониторинга безопасности.

Защита периметра

ПИР-датчики движения могут быть стратегически расположены по периметру объекта для обнаружения несанкционированного доступа. Охватывая ключевые точки входа, такие как двери, окна и ворота, эти датчики могут эффективно контролировать окружающую обстановку и подавать сигнал тревоги при обнаружении любого движения.

Наружная безопасность

PIR-датчики движения обычно используются для обеспечения безопасности на улице. Они могут быть установлены в светильниках наружного освещения или в автономных устройствах для обнаружения любого движения в окрестностях. Это помогает отпугивать потенциальных злоумышленников и повышает общую безопасность объекта. Например, охранное освещение можно настроить так, чтобы оно включалось при обнаружении движения, как для отпугивания преступников, так и для практических целей, например для поиска ключей в темноте.

Видеонаблюдение

PIR-датчики движения могут быть интегрированы с системами видеонаблюдения для повышения их эффективности. Когда PIR-датчик обнаруживает движение, он может запустить запись видеоматериалов, позволяя сотрудникам службы безопасности просмотреть события, предшествовавшие обнаружению движения. Эта функция особенно полезна для выявления потенциальных угроз и сбора доказательств в случае каких-либо инцидентов, связанных с безопасностью.

Контроль доступа

PIR-датчики движения могут использоваться в системах контроля доступа для отслеживания перемещения людей в пределах ограниченной зоны. Обнаруживая движение, эти датчики могут инициировать разблокировку дверей или ворот, позволяя авторизованному персоналу войти внутрь. Это обеспечивает дополнительный уровень безопасности, гарантируя, что только уполномоченные лица могут получить доступ к важным зонам.

Сигналы тревоги

Датчики движения PIR могут быть интегрированы в системы тревожной сигнализации для обеспечения дополнительного уровня безопасности в чрезвычайных ситуациях. Эти датчики могут быть запрограммированы на обнаружение определенных моделей движения или жестов, указывающих на бедственное положение. При срабатывании датчик может активировать сигнал тревоги, оповещая персонал службы безопасности или экстренных служб о необходимости немедленной помощи.

Бесконтактный термометр PIR

Бесконтактный термометр PIR - это тип термометра, в котором используется датчик движения PIR для измерения температуры объекта без необходимости физического контакта. Эта технология особенно полезна в ситуациях, когда использование контактных термометров может быть нецелесообразным или небезопасным, например, при измерении температуры движущихся объектов, горячих поверхностей или в условиях, когда существует опасность перекрестного заражения.

Датчик движения PIR в бесконтактном термометре обнаруживает инфракрасное излучение, испускаемое объектом. Каждый объект с температурой выше абсолютного нуля испускает инфракрасное излучение, интенсивность которого напрямую связана с температурой объекта. PIR-датчик преобразует обнаруженное излучение в электрический сигнал, который затем обрабатывается для определения температуры объекта.

Одним из интересных применений бесконтактных термометров PIR является измерение температуры удаленных объектов. В таких устройствах для измерения температуры объекта на расстоянии используется схема PIR. Выходной сигнал от PIR-датчика оценивается в соответствии с калибровкой, специфичной для инфракрасного спектра наблюдаемого материала. Такая калибровка позволяет получать относительно точные и точные измерения температуры на расстоянии.

Без калибровки под конкретный тип наблюдаемого материала бесконтактный термометр PIR может измерять изменения в инфракрасном излучении, которые соответствуют изменениям температуры. Однако фактические значения температуры не могут быть рассчитаны без калибровки.

Скорость и удобство бесконтактных термометров PIR делают их идеальными для различных применений. Они могут обеспечивать мгновенные показания температуры на расстоянии, что делает их пригодными для использования в промышленности, медицине и даже в домашних условиях. В промышленных условиях бесконтактные термометры PIR могут измерять температуру машин, двигателей и другого оборудования без необходимости физического контакта, что повышает безопасность и эффективность. В медицине они обычно используются для измерения температуры тела без риска перекрестного заражения.

Иммунный детектор движения PIR для домашних животных

PIR-датчик движения с защитой от домашних животных - это специализированный тип PIR-датчика движения, который предназначен для минимизации ложных срабатываний, вызванных домашними животными. В нем реализована передовая технология, позволяющая различать движение домашних животных и потенциальных злоумышленников, что делает его идеальным выбором для семей с домашними питомцами.

Традиционные PIR-датчики движения обнаруживают изменения инфракрасного излучения в пределах своего диапазона обнаружения, а это значит, что любое движение, в том числе и домашних животных, может вызвать срабатывание датчика и привести к ложным срабатываниям. Однако PIR-датчики движения с защитой от домашних животных используют различные методы для решения этой проблемы.

Один из распространенных методов, используемых PIR-датчиками движения с защитой от домашних животных, - установка порогового значения веса. Это означает, что датчик будет подавать сигнал тревоги только в том случае, если обнаруженное движение превышает определенный предел веса. Таким образом, мелкие животные, такие как кошки или маленькие собаки, не будут обнаружены как потенциальные нарушители, что снижает вероятность ложных срабатываний. Если у вас есть более крупные животные, необходимо выбрать датчик с более высоким порогом веса, чтобы не допустить их ошибочного обнаружения в качестве нарушителей.

Другой метод - использование нескольких зон обнаружения. Такие детекторы делят зону обнаружения на различные зоны и анализируют характер движения в каждой из них. Таким образом, они могут отличить движение домашнего животного от движения человека. Например, если движение обнаруживается только в нижних зонах, то, скорее всего, оно вызвано домашним животным.

Конфигурация дифференциального усилителя также используется для гашения средней температуры поля зрения, что снижает вероятность ложных срабатываний, вызванных кратковременными вспышками света или освещением всего поля. Она также минимизирует помехи от общего тока, что еще больше повышает способность детектора противостоять срабатыванию из-за близких электрических полей.

Размещение детектора на соответствующей высоте поможет свести к минимуму вероятность ложных срабатываний, вызванных домашними животными, а регулировка угла наклона обеспечит покрытие нужной зоны, избегая мест, где могут бродить домашние животные.