Spis treści:
Czujki ruchu znalazły zastosowania w systemach alarmowych, oświetleniu budynków czy też automatyce domowej. Warto więc bliżej poznać rodzaje czujek i ich parametry.
Zastosowania czujek ruchu
Detekcja ruchu jest uniwersalną metodą, pozwalającą wykryć obecność osób w pomieszczeniu – a to daje już możliwość podjęcia określonych akcji, w zależności od potrzeb. Do najczęstszych zastosowań detektorów ruchu należą systemy automatycznego oświetlenia korytarzy, klatek schodowych, łazienek, tarasów czy też otoczenia budynków. Samoczynne załączanie światła jest przy tym warunkowane poziomem jasności – w praktyce wszystkie tego typu urządzenia (zarówno czujki samodzielne, jak i wbudowane w lampy) są zatem wyposażane w dodatkowy sensor zmierzchowy, zbudowany najczęściej na bazie fotorezystora.
Systemy alarmowe to kolejny, bardzo istotny obszar aplikacyjny czujek ruchu. W tym przypadku wykrycie niepowołanych osób w monitorowanym pomieszczeniu powoduje wszczęcie procedury sygnalizacyjnej, przy czym zazwyczaj centralki alarmowe są ustawiane tak, by dać uprawnionym użytkownikom czas na rozbrojenie kontrolera za pomocą ustalonego środka identyfikacji (np. kodu, wpisywanego na klawiaturze manipulatora).
Automatyka domowa korzysta z czujek ruchu w celu lepszego zarządzania infrastrukturą budynku. Informacja o obecności domowników w danej części mieszkania umożliwia np. inteligentne sterowanie scenami oświetleniowymi, wentylacją, ogrzewaniem czy roletami, przy uwzględnieniu indywidualnych preferencji, pory dnia, warunków pogodowych i innych czynników, zaprogramowanych w centralnym systemie zarządzającym całą instalacją.
Rodzaje czujek ruchu
Czujki ruchu występują najczęściej w kilku głównych odmianach, różniących się budową, zasadą działania oraz charakterystyką czułości – i to zarówno w zakresie geometrii pola widzenia, jak i reakcji na określone rodzaje obiektów. Dla lepszego zrozumienia tematyki wykrywania obecności, przedstawimy po kolei trzy główne odmiany czujek: bazujące na podczerwieni pasywnej (PIR) i mikrofalach (MW) oraz – łączące obydwie te techniki – czujki dualne.
Czujki ruchu PIR
Czujnik PIR (ang. Passive InfraRed) działa na zasadzie detekcji zmian natężenia promieniowania podczerwonego, emitowanego przez obiekty w zasięgu czujnika. Sensor składa się z piroelektrycznego elementu, czułego na promieniowanie w zakresie średniej podczerwieni, a także soczewki Fresnela oraz układu elektronicznego, zawierającego czuły wzmacniacz oraz komparator.
Kiedy czujnik jest w stanie spoczynku (bez ruchu w jego zasięgu), detektor podczerwieni znajduje się w równowadze termicznej z otoczeniem. W momencie, gdy w zasięgu czujnika pojawi się obiekt o temperaturze wyższej, niż temperatura otoczenia (człowiek lub zwierzę), w stabilnym sygnale wyjściowym detektora wystąpi zaburzenie. Jeżeli amplituda oraz czas zmiany napięcia będą wystarczająco duże, układ wygeneruje sygnał wyjściowy, zwykle w postaci impulsu elektrycznego lub czasowej zmiany stanu logicznego. Sygnał ten może być następnie użyty do aktywowania różnych urządzeń – załączenia przekaźnika lampy, rozpoczęcia odliczania czasu do włączenia alarmu, etc.
Warto zauważyć, że czujniki PIR są określane jako “pasywne” w tym sensie, że same nie emitują żadnego promieniowania, ale jedynie biernie rejestrują zmiany w promieniowaniu podczerwonym, obecnym w ich polu widzenia – niejako w opozycji do czujników aktywnych, które wymagają oświetlenia obiektu wiązką podczerwieni (tak działają m.in. triangulacyjne czujniki odległości, LIDARy, sensory zbliżeniowe, czy też noktowizory).
Mikrofalowe czujki ruchu
Z technicznego punktu widzenia, mikrofalowe czujniki ruchu to w istocie radary dopplerowskie fali ciągłej (CW). Co to oznacza? W największym skrócie możemy opisać ich działanie następująco: specjalny nadajnik wysokoczęstotliwościowy (o częstotliwości zwykle od kilku do nawet kilkudziesięciu gigaherców) emituje za pomocą anteny wiązkę fal elektromagnetycznych. Fale te, po odbiciu od obiektów w pobliżu, powracają do odbiornika, który „sprawdza” sygnał poprzez porównanie jego częstotliwości z oscylatorem – tym samym, który wytwarza sygnał dla nadajnika. Jeżeli obiekt, który odbił fale, porusza się, to wiązka powróci z nieco zmienioną częstotliwością (to właśnie jest słynny efekt Dopplera), co zostanie wykryte przez układ elektroniczny i spowoduje zmianę stanu wyjściowego czujnika.
Jak nie dać się oszukać, czyli dualne czujki ruchu
Zwróć uwagę, że czujniki PIR reagują tylko na obiekty o temperaturze wyższej od otoczenia – z tego względu pozostają nieczułe np. na włączony wentylator czy firankę poruszaną przez wiatr. Niestety, w niektórych przypadkach sensory PIR mogą interpretować jako ruch np. szybko nagrzewający się grzejnik, płomień w kominku czy też włączony czajnik – a to wystarczy, by wszcząć fałszywy alarm bądź niepotrzebnie włączyć światło w pokoju lub kuchni. Z drugiej strony, czujniki radarowe nie potrafią odróżnić istoty żywej od obiektu nieożywionego, który – choć istotnie się porusza – nie powinien wywoływać reakcji urządzenia. Jako przykład możemy podać robota sprzątającego przejeżdżającego w polu detekcji czy też drzwi, przypadkowo poruszane przez przeciąg.
Co zatem zrobić, aby zredukować ryzyko fałszywych alarmów, a zwiększyć szanse na prawidłową reakcję czujki wtedy, gdy naprawdę będzie to konieczne? Z pomocą przychodzą dualne czujki ruchu, które w ramach jednej obudowy łączą czujnik PIR oraz radar mikrofalowy. Takie rozwiązanie pozwala wywołać akcję współpracującego systemu (np. alarmowego) tylko w przypadku, gdy obydwa sensory jednocześnie zareagują na ruch – wymóg jest zatem następujący: temperatura obiektu musi istotnie przewyższać temperaturę otoczenia i faktycznie musi on być w ruchu. Oto proste i genialne remedium na problemy z fałszywymi alarmami prostych czujek ruchu!
