Датчик движения (англ. motion sensor) — сигнализатор, фиксирующий перемещение объектов и используемый для контроля за окружающей обстановкой или автоматического запуска требуемых действий в ответ на перемещение объектов.
Детектор движения (англ. motion detector) — устройство или функция охранной телевизионной системы, формирующие сигнал извещения о тревоге при обнаружении движения в поле зрения видеокамеры[1].
Более чувствительную разновидность датчика движения называют также датчиком присутствия (англ. presence sensor или occupancy sensor).
Сенсоры движения широко распространены, и аналитики ожидают роста их использования еще на 13—14 % ежегодно до 2020 года[2]. Применение датчиков движения и присутствия в жилых домах и офисах, как прогнозируют специалисты, будет в тот же период расти на 20 % в год, при этом наибольший рост ожидается в Европе и России, прежде всего в сфере защиты от постороннего проникновения[3] и в других аспектах домашней автоматизации[4].
Датчики движения и присутствия широко применяются независимо или в составе охранных систем, чтобы обнаруживать проникновение посторонних, а также для автоматизации освещения и климатической техники (отопления и кондиционеров) в квартирах, жилых домах и коммерческой недвижимости.
Принципы работы и классификация
Работа датчика движения основана на анализе волн различных типов (акустических, оптических или радиоволн), поступающих на датчик из окружающей среды. В зависимости от типа используемой волны датчики движения делятся на:
- инфракрасные,
- ультразвуковые,
- фотоэлектрические, в которых применяется обычный свет,
- микроволновые,
- томографические, где используются радиоволны.
В зависимости от того, инициирует ли сенсор сам эти волны и анализирует их после отражения или только получает волны из внешнего мира, датчики делятся на:
- активные,
- пассивные и
- комбинированные, когда одна часть датчика посылает волны, а отделённая от неё вторая получает их.
Большинство существующих датчиков движения представляет собой комбинацию этих критериев, причём датчики одного типа волн, как правило, используют один механизм их создания и обработки. Наиболее распространены:
- пассивные инфракрасные датчики (PIR), самые доступные и распространенные датчики движения в принципе[5], инфракрасные датчики составляют около 50 % применяемых по всему миру сенсоров движения[2];
- активные ультразвуковые, микроволновые и томографические датчики;
- комбинированные фотоэлектрический и инфракрасный датчики.
Каждый механизм имеет свои погрешности, время от времени допуская ложные тревоги. Чтобы снизить вероятность ложного срабатывания, датчики иногда объединяют две технологии в одном устройстве (например, инфракрасный и ультразвуковой). Однако это, в свою очередь, повышает уязвимость датчика, поскольку он становится менее чувствительным и может в результате не сработать, даже когда должен.
Инфракрасный датчик
Действие инфракрасного датчика основано на анализе теплового (инфракрасного) излучения. Пассивный инфракрасный датчик (PIR) при этом не испускает никакого излучения, а только анализирует входящие тепловые лучи.
Внутри датчика располагаются два чувствительных элемента, фиксирующих уровень инфракрасного излучения. Перед каждым установлена линза Френеля, которая фокусирует на нём падающие на датчик инфракрасные лучи. Простейший датчик сконструирован так, что окружающее пространство «разделено» между двумя линзами, каждая из которых проецирует тепловое излучение из своей зоны ответственности на «свой» чувствительный элемент. В обычных условиях поступающее на обе части датчика излучение примерно одинаково. Когда появляется тепловой объект (человек), он сначала попадает в поле зрения только одной части датчика, так что показания двух чувствительных элементов начинают различаться, и датчик делает вывод, что имело место движение[6].
В реальных условиях датчик с двумя линзами был бы слишком груб, поэтому на практике в датчиках устанавливают не одну пару линз, а несколько десятков. Они легко заметны на поверхности — это ячеистая структура полупрозрачного окошка, за которым и располагаются чувствительные элементы. Для экономии места и материалов датчик конструируют так, что все линзы фокусируют входящее излучение только на двух чувствительных элементах. Таким образом окружающее пространство разделяется на зоны ответственности между парами линз, каждая из которых способна фиксировать движение в своей зоне[6].
В качестве чувствительного элемента используются в основном пироэлектрические элементы, на них приходится львиная доля инфракрасных датчиков движения. Менее распространены термопары, микроболометры и полупроводники: арсенид галлия-индия (InGaAs) и теллурид ртути-кадмия (MCT)[4].
Ультразвуковой датчик
- См. также Эхолокация
Ультразвуковой датчик основан на анализе звуковых волн за порогом человеческого восприятия.
Специальный элемент внутри датчика регулярно испускает пучки ультразвуковых волн. Затем датчик переключается в режим приёма и ожидает возврата отраженных волн, после чего анализирует их.
Если обстановка в зоне покрытия датчика осталась неизменной, посланные волны каждый раз возвращаются отраженными одинаково; но если начинается движение, то волны изменяются (эффект Доплера), на основании чего датчик делает вывод, что обстановка изменилась. Когда изменения превышают установленный порог чувствительности, датчик срабатывает.
В качестве генератора ультразвука в датчике обычно используется кварцевый или керамический пьезоэлектрический элемент или специальная мембрана, вибрирующая под действием электростатического поля.
Радиоволновые датчики
Томографические (радиоволновые) и микроволновые датчики действуют так же, как ультразвуковые, но анализируют отражение не акустических, а радиоволн.
Поскольку радиоволны способны проходить через неметаллические преграды, например через стены и деревянную мебель, радиоволновые датчики пригодны для контроля пространства за такими преградами. Радиоволновые датчики достаточно дорогие, и потому их обычно используют для наблюдения за большими коммерческими площадями, к примеру за складскими помещениями[7].
Фотоэлектрический датчик
Принцип действия фотоэлектрического датчика основан на проверке прерывания пучка световых лучей, при затенении которого он срабатывает. Обычно этот датчик состоит из двух частей, одна из которых испускает свет, а другая принимает. В приёмной части находится фотоприёмник, в котором под действием падающего света возникает электрический ток. Когда световой пучок перекрывается каким-либо телом, на приёмник перестаёт падать свет, и датчик срабатывает.
Известный пример использования такого датчика — в турникетах метрополитена, которые захлопываются перед пассажирами при пересечении ими светового пучка без оплаты проезда.
В фотоэлектрических датчиках часто используют невидимое инфракрасное излучение.
Датчик присутствия
Датчик присутствия представляет собой более чувствительную версию датчика движения, в основе обоих датчиков лежат одни и те же механизмы. Однако, к примеру, если в инфракрасном датчике движения используются несколько десятков пар линз, которые таким образом делят окружающее пространство на несколько десятков зон, то в датчике присутствия применяются несколько сотен пар линз. Таким образом, каждая пара отвечает за небольшой участок пространства, что позволяет ей фиксировать даже небольшие движения, вплоть до движения пальцев по клавиатуре[8].
Взаимодействие с другими устройствами
Поскольку датчики лишь фиксируют изменения внешней среды, они почти всегда используются во взаимодействии с другими устройствами, которые при срабатывании датчика выполняют требуемые действия:
- включают тревогу,
- рассылают уведомления,
- включают или выключают освещение и другие приборы,
- изменяют параметры работы климатической техники или других устройств.
Если датчики движения (охранные извещатели) устанавливаются в составе комплексных охранных систем (пультовая охрана), связи между устройствами настраиваются уже при установке, а их дальнейшее взаимодействие происходит через контроллер, который поставщик (государственная вневедомственная охрана или частная охранная организация) устанавливает вместе с остальным оборудованием[9].
Если пользователь приобретает датчики, сирены и умные выключатели от разных поставщиков и устанавливает их сам, контроллер также устанавливается самостоятельно. Вместе с контроллером поставщики предоставляют доступ к аккаунту на специализированном веб-портале и мобильному приложению, которые позволяют самостоятельно настроить уведомления и взаимодействие устройств.
Использование
Датчики движения и присутствия широко применяются в повседневной жизни, прежде всего в домашней автоматизации и автоматизации зданий для[5][10][11]:
- распознавания несанкционированного проникновения в дом или офис,
- автоматизации освещения,
- автоматизации климата.
Например, использование датчиков движения и присутствия для автоматизации освещения и кондиционирования позволяет сократить потребление энергии на 40 %, а расходы на освещение на 60—70 %[3].
Коммерческие применения датчиков движения включают[2]:
- потребительскую электронику, в том числе смартфоны и планшеты, видеоигры и умные часы;
- автомобилестроение, включая подушки безопасности, парктрониках и беспилотных автомобилях;
- здравоохранении;
- оборонную промышленность и авиастроение.
Защита от проникновения
Датчик активирует сирену, когда фиксирует проникновение посторонних в помещение. Установленный в составе системы пультовой охраны датчик также отправляет сигнал тревоги в диспетчерский центр охранной организации, которая при необходимости высылает на место группу реагирования.
Кроме того, в случае тревоги датчик может запустить отправку уведомления владельцу: SMS-, Email- или push-уведомление — в зависимости от настроек. Некоторые системы предлагают также функцию автоматического телефонного звонка владельцу или указанным им доверенным людям.
Датчик также может активировать видеонаблюдение, а в самостоятельно установленной системе также запустить любую другую функцию по усмотрению владельца: заблокировать замки до приезда правоохранителей, обесточить технику, отключить освещение и так далее.
Автоматизация света
- См. также Автоматизация освещения
В зависимости от того, фиксирует он движение в помещении или нет, датчик движения или присутствия может автоматически включать или выключать освещение и менять его яркость, сразу или с задержкой.
В общем случае датчик через контроллер передает соответствующие команды на выключатель (формально датчик лишь сообщает контроллеру о том, что в помещении есть или нет движения, а уже контроллер в соответствии с оставленными владельцем инструкциями отдает нужные команды выключателям). Однако распространены и выключатели со встроенными датчиками движения; как правило, они используются в общественных и коммерческих пространствах: офисах, складах, подъездах.
Вместо выключателя может использоваться любой другой контроллер освещения, например RGB-контроллер для управления светодиодной лентой или умная лампа.
Автоматизация климата
Сработавший датчик способен автоматически изменить мощность климатических систем в соответствии с инструкциями, указанными владельцем. Для этого он уведомляет контроллер о том, что зафиксировал движение или его отсутствие, а контроллер пускает в ход нужные алгоритмы, командуя климатическим устройствам включиться, отключиться или изменить параметры работы.
Например, если зимой датчик обнаруживает присутствие людей в помещении, контроллер передаёт установленному на батарею терморегулятору или регулятору тёплого пола команду повысить температуру. Если летом датчик зафиксировал отсутствие людей, контролер командует кондиционеру снизить мощность.
Примечания
- ↑ ГОСТ Р 51558-2014 Средства и системы охранные телевизионные. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний
- 1 2 3 Motion Sensors Market - Global Forecast to 2020 Markets and Markets, 4 фев 2017
- 1 2 Occupancy Sensor Market - Global Forecast to 2020 - Markets and Markets, 4 фев 2017
- 1 2 Growth Opportunities in the Global Infrared Detector Market - Lucintel, 4 фев 2017
- 1 2 Occupancy Sensor Market Worth 2.78 Billion USD by 2020 - Market Watch, 4 фев 2017
- 1 2 How PIRs Work - Adafruit, 4 фев 2017
- ↑ Motion Detectors - SimpsiSafe, 4 фев 2017
- ↑ How does a presence detector work - Theben, 4 фев 2017
- ↑ Охрана объектов - Управление вневедомственной охраны Росгвардии по Москве, 7 фев 2017
- ↑ Практическое энергосбережение в быту - Министерство энергетики Московской области, 4 фев 2017
- ↑ Стоимость энергоэффективных решений - Минстрой России, 4 фев 2017
 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Управление | |||||||||
| Датчики | |||||||||
| Исполнители |
| ||||||||
| Применения |
| ||||||||
| Протоколы | |||||||||
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .