Spis treści:
Systemy alarmowe, oświetlenie pomieszczeń, monitoring wizyjny, a nawet interaktywne systemy reklamowe – dowiedz się, gdzie są używane nowoczesne czujniki ruchu i jak działają.
Czujniki ruchu w pierwszej chwili kojarzą się większości z nas z niewielkimi urządzeniami, montowanymi zwykle w narożnikach pomieszczeń i współpracującymi z systemami alarmowymi. I choć rzeczywiście zabezpieczenia antywłamaniowe są jednym z najważniejszych zastosowań detektorów ruchu, to zakres potencjalnych aplikacji tychże elementów zdecydowanie nie kończy się na ochronie przed złodziejami. Poszczególne rodzaje czujników zasadniczo różnią się pomiędzy sobą zarówno po względem zasady działania, jak i wynikających z niej możliwości oraz parametrów technicznych. W niektórych przypadkach w zupełności wystarczająca będzie banalnie prosta czujka za (dosłownie) kilka złotych, w innych konieczne okaże się zastosowanie złożonego, hybrydowego urządzenia, wyposażonego w pewną dozę własnej „inteligencji”. O tym, jakimi metodami wykrywania ruchu dysponuje współczesna elektronika oraz jak możesz wykorzystać je we własnych projektach, dowiesz się z naszego artykułu.
Ogólne zasady dotyczące wykrywania ruchu
„Ruch to życie” – choć to znane powiedzenie doskonale opisuje fundament wielu procesów fizjologicznych, zachodzących w organizmach żywych, to stanowi także doskonały wstęp do zrozumienia technologii wykrywania obecności. Właśnie ruch jest bowiem tym, co odróżnia osoby (i zwierzęta) od „tła” – nawet mimo szczerych chęci, nie jesteśmy w stanie wytrzymać zbyt długo w całkowitym bezruchu, co byłoby zresztą niemożliwe z uwagi chociażby na oddychanie czy też dynamikę procesu aktywnego utrzymywania równowagi (nasz mózg steruje pozycją ciała za pomocą mięśni szkieletowych, wykorzystując do tego celu sprzężenie zwrotne w postaci sygnału z błędnika, a więc nawet stojąc całkowicie spokojnie i tak wykonujemy pewne niewielkie, mimowolne ruchy). Z tego też względu wszystkie techniki, które są zdolne do bezkontaktowego wykrywania zmian położenia obiektu, mogą być zastosowane do detekcji osób w danej strefie, ale – co ciekawe – jedna z nich nadaje się niemal wyłącznie do tego celu, pozostając nieczułą na większość elementów nieożywionych. Zapewne domyślasz się już, że chodzi o metodę bazującą na podczerwieni pasywnej.
Czujniki PIR – budowa i zasada działania
Czujniki PIR (od angielskiego określenia Passive InfraRed) bazują na specjalnych detektorach optycznych, czułych na promieniowanie w zakresie podczerwieni średniej (tj. fale elektromagnetyczne o długości w zakresie kilku…kilkunastu mikrometrów). Dla nas ten zakres widma pozostaje rzecz jasna całkowicie niewidoczny (możliwości ludzkiego oka kończą się na około 750 nanometrach, czyli na ¾ mikrometra), ale dla sensorów PIR średnia podczerwień jest doskonale widoczna. A właśnie w tym przedziale leży promieniowanie termiczne, generowane przez ludzkie ciało – gwoli ścisłości należy przypomnieć, że każdy obiekt o temperaturze powyżej 0 K (czyli tzw. zera bezwzględnego) wytwarza pewną ilość promieniowania podczerwonego, zależnego rzecz jasna od temperatury).
W przypadku sensorów PIR znaczenie ma jednak nie tyle konkretna długość fali czy też natężenie emitowanej podczerwieni, ale… zmiana sygnału względem „chłodnego” tła – jeżeli obiekt o temperaturze rzędu 37 oC (człowiek) porusza się np. na tle ściany o temperaturze 22 oC, to sensor będzie w stanie „dojrzeć” zmianę sygnału – po odpowiednim wzmocnieniu i progowaniu (za pomocą komparatora) detektor wygeneruje sygnał wyjściowy, który może posłużyć np. do włączenia syreny alarmowej czy też załączenia przekaźnika, sterującego oświetleniem schodów.
Czujnik PIR nie zareaguje zatem np. na ruch łopat wentylatora (których temperatura jest zbliżona do temperatury otoczenia), wykryje natomiast obecność psa lub kota, przechadzającego się po strefie „obserwowanej” przez czujkę. Co ważne, ruch odbywający się dokładnie w kierunku czujnika może pozostać niezauważony – konieczne jest bowiem przesunięcie „ciepłego obiektu” z jednego miejsca pola widzenia do drugiego (np. prawo-lewo). To jest właśnie jedna z głównych wad czujników PIR.
Czujniki ruchu bazujące na efekcie Dopplera
Austriacki fizyk Christian Andreas Doppler odkrył, że częstotliwość fali źródła poruszającego się względem statycznego obserwatora zmienia się w funkcji kierunku oraz prędkości ruchu. Zjawisko to dotyczy – co ważne – zarówno fal akustycznych (w tym ultradźwiękowych), jak i elektromagnetycznych, co pozwala na zastosowanie go w detekcji ruchu. W przypadku sensorów ultradźwiękowych przetwornik piezoelektryczny wytwarza wiązkę fal o częstotliwości leżącej powyżej pasma słyszalnego dla człowieka (zwykle około 40 kHz) – jeżeli obiekt (np. człowiek) będzie zbliżał się do czujnika (lub oddalał od niego), to fale odbite od jego ciała i powracające do przetwornika odbiorczego zostaną zarejestrowane na nieco innej częstotliwości, co stanowi podstawę do wystawienia aktywnego stanu na wyjściu czujnika.
Radary mikrofalowe działają na analogicznej zasadzie, jednak w tym przypadku zamiast przetworników piezo mamy anteny, zaś zamiast ultradźwięków – fale elektromagnetyczne o częstotliwości od kilku do kilkudziesięciu gigaherców. W obydwu przypadkach detekcja bazuje na odbiciu fal, zatem nie ma dla niej żadnego znaczenia, czy w polu obserwowanym przez sensor porusza się człowiek, czy też obiekt techniczny (np. wózek lub samochód).
Zastosowania czujników ruchu
Jak już wspomnieliśmy, czujniki ruchu znalazły zastosowanie w szerokim spektrum aplikacji. Do najważniejszych należą rzecz jasna systemy alarmowe oraz sterowniki oświetlenia użytkowego (podświetlenie schodów, mebli kuchennych, toalet czy też korytarzy). Czujniki PIR oraz radary mikrofalowe są szeroko wykorzystywane także w sterownikach wentylatorów, klimatyzatorów, czy też innych systemach automatyki domowej. Innym, często spotykanym zastosowaniem sensorów ruchu, są rozmaite reklamy i interaktywne systemy multimedialne (np. w muzeach), aktywowane dopiero w momencie zbliżenia się do nich osób odwiedzających daną instytucję lub stoisko targowe.
