Как сделать датчик движения своими руками: схемы сборки и полезные советы. Датчик включения овещения Пример схемы простого датчика освещённости, на операционном усилителе
Описывалось создание датчика реагирующего на свет и приводились примеры схем управления маломощным электродвигателем и светодиодом. Более полезным было бы управление какой либо мощной нагрузкой например: лампой накаливания, мощным электродвигателем и т.д. Простая схема фотореле для мощной нагрузки приведена на рисунке 1:
Рисунок 1 - Фотореле срабатывающее при уменьшении освещённости
без регулировки чувствительности
В этой схеме используется электромагнитное контактное реле. Самым простым дешёвым и доступным способом управления мощной нагрузкой является использование электромагнитного контактного реле:
Реле показанное на фотографии выше извлечено из сломанного импортного холодильника, это реле может коммутировать (подключать и отключать в данном случае) нагрузку потребляющую ток не более 16А. 16А вполне достаточно для многих бытовых электроприборов. На корпусе этого реле написано что для катушки постоянного тока необходимо 12 В но на практике для срабатывания данного реле было достаточно 9В с блока питания для модема с выпрямителем:
Если 9В окажется недостаточно то можно запитать схему от 12В. Если заменить резистор R1 переменным или подстроечным то можно будет регулировать чувствительность к свету.
Обратный ток данного фотодиода усиливается транзистором VT1:
Данный транзистор образует делитель напряжения вместе с резистором R1:
Как было упомянуто выше данный резистор можно заменить переменным или подстроечным для того чтобы можно было регулировать чувствительность схемы.
Непосредственное управление катушкой реле осуществляет транзистор VT2:
КТ973 хорошо подходит для данной цели. Реле подключается к коллектору данного транзистора.
Для того чтобы транзистор VT2 не перегорел при резком его закрытии параллельно катушке реле ставится обратный диод:
Данный диод можно заменить каким либо другим подходящим диодом.
Резистор R2 не обязателен но его можно поставить для ограничения тока или уменьшения его потребления.
Для силовой части схемы нужны разъёмы и провода:
Реле может подключать нагрузку к сети 220В. Не стоит забывать о том что напряжение сети опасно и при работе с ним необходимо соблюдать меры предосторожности для того чтобы не получить поражение электрическим током.
После подготовки всех необходимых деталей можно приступать к сборке реле.
Обратный диод лучше подпаять сразу к реле.
К собранному реле можно подключать нагрузку с источником питания (не обязательно сеть 220В). Используя данное фотореле в паре с источником инфракрасного излучения можно сделать датчик присутствия:
Рисунок 2 - Схема включающая нагрузку при увеличении освещения
Если фотореле включает лампу накаливания при уменьшении освещенности то необходимо как нибудь закрыть фотодиод от света лампы накаливания иначе при уменьшении освещенности реле начнёт часто включаться и выключаться что приведёт к быстрому его износу и выходу из строя. Если используется инфракрасный фотодиод то фотореле не будет реагировать на свет лампы дневного света (если не поднести её достаточно близко) или светодиодной лампу (если в ней нет инфракрасных светодиодов с соответствующей длинной волны излучаемого света). Пульт ик-управления лучше не испытывать на данном фотореле:
Датчик движения для включения света повышает комфортабельность жилища. Он позволяет снизить расход электроэнергии. Такие датчики применяются также для создания охранной зоны. В зависимости от принципа работа подобные конструкции делятся на несколько типов, каждый из которых имеет свои особенности.
Общая информация
Датчик движения – это специальное устройство, которое посредством чувствительных элементов фиксирует присутствует человека или животного и автоматически включает свет. Он устанавливается, в основном, в коридорах и на придомовых территориях. То есть, в местах с относительно высоким потоком людей.
Прежде чем отвечать на вопрос, как сделать датчик движения, необходимо определиться с существующими типами таких устройств. Это оборудование классифицируется по месту установки. Датчики бывают:
- наружные;
- внутренние.
Первый тип устройств предъявляется более высокие требования к качеству и виду материала, из которого изготавливается его корпус. Наружные датчики отличаются между собой максимальной зоной охвата. Под последним термином понимается определенный участок территории, движение по которому способен «засечь» сенсор.
Самодельный датчик движения не предъявляет требований к типу осветительного прибора. Однако некоторые специализированные модели необходимо подключать к строго определенным прожекторам.
По механизму работы датчик движения для включения света бывает:
- Инфракрасным. Такие устройства реагируют на температуру объекта, попадающего в зону действия сенсора. Инфракрасные датчики в основном используются внутри помещений, так как они отличаются повышенной чувствительностью к изменениям окружающей среды.
- Микроволновым. Сенсор регистрирует изменения радиочастот. Он настраивается на определенный диапазон сигналов. В случае появления объекта в зоне «видимости» сенсор регистрирует его присутствие и передает информацию на сигнализатор. Тот включает свет.
- Ультразвуковым. Считается наиболее простым устройством для освещения. Эти датчики отличаются надежной конструкцией.
В домашних условиях проще сделать датчик движения своими руками с ультразвуковым или инфракрасным сенсором. К недостатку такого устройства следует отнести то, что оно реагирует на животных.
Условия для установки
Прежде чем создавать собственный датчик движения, необходимо определиться с рядом важных условий. Последние влияют на параметры будущего устройства. К числу таких условий относится:
- Выбор места установки. От этого параметра зависит конструкция датчика. В частности, если он используется на улице, то необходимо сделать для него влагостойкий корпус. Место установки также определяет уровень мощности, которым должен обладать сенсор.
- Наличие преград. Люстры, деревья и другие объекты мешают прохождению сигнала.
Важно отметить, что инфракрасные сенсоры не срабатывают, если в зоне их «видимости» располагается стекло.
Изготавливаем датчик
Ниже мы рассмотрим схему простого датчика движения, который будет состоять из передатчика, приемника и блока питания для них.
Блок питания
И приёмник и передатчик питаются постоянным стабилизированным напряжением 12-16 В. При этом их суммарное потребление не превышает 50 мА.
Таким образом в качестве блока питания можно использовать любой БП на 12 В, например от старого роутера. Или же можно собрать свой источник по одной из множества схем в интернет. Потребление у нас мизерное, поэтому подойдёт любая.
Передатчик
Передатчик собран на микросхеме NE555. В качестве передающего элемента используется ИК-диод LD274, угол обзора которого составляет 10 градусов, что необходимо учесть при монтаже передатчика.
Приёмник
В качестве чувствительного элемента здесь используется фототранзистор BPW40, а в качестве исполнительного органа – реле BS-115C. Фототранзистор имеет угол обзора 20 градусов, что также следует учесть при монтаже приёмника. Принимая во внимание чувствительность фотоприёмного элемента, расстояние от передатчика до приёмника составит порядка 5 метров, что весьма неплохо.
Заключение
В собранном виде наши приёмник и передатчик будут выглядеть следующим образом:
Остаётся только сделать, чтобы реле приёмника осуществляло коммутацию лампочки, светодиодной ленты или звуковой сигнализации (на ваше усмотрение).
Каждый вечер приходится включать , а каждое утро — выключать. И если в хорошую погоду с этим можно как-то мириться, то в дождь или снег… Потому возникает идея автоматизировать включение и выключение светильников. Этим и занимается фотореле для уличного освещения.
Названий у этого устройства масса. В литературе встречается название светоконтролирующий выключатель или светочувствительный автомат, а при общении можно услышать — датчик освещенности или света, фотодатчик, сумеречный/сумерек датчик или день/ночь. Возможно, есть и другие. Но все это — об одном устройстве, которое включает освещение при наступлении сумерек и отключает его на рассвете.
Фотореле делают на основе фоторезистора или фототранзистора, которые при изменении освещенности меняют свои параметры. Пока на них попадает достаточное количество света, цепь питания остается разомкнутой. По мере наступления темноты параметры фоторезистора/транзистора изменяются и, при определенном значении (задаются настройками), цепь замыкается. Утром процесс проходит с точностью до наоборот: при достижении освещенности определенного уровня цепь питания разрывается.
Технические характеристики
В первую очередь надо решить, хотите вы фотореле для уличного освещения с выносным или встроенным датчиком света. Выносной датчик имеет небольшие размеры и его проще защитить от подсветки, самое же устройство можно поставить в доме, например, в щитке. Есть даже модели под дин-рейку. Фотореле со встроенным датчиком освещенности может стоять неподалеку от светильника. Важно только выбрать место так, чтобы свет от лампы не влиял на фотодатчик. Этот вариант удобнее, например, для .
Эксплуатационные характеристики
Определившись с типом датчика переходим к техническим параметрам:
Чтобы выбрать фотореле для уличного освещения эти характеристики обязательны. Правильный их выбор определяет работоспособность устройства. Но есть еще некоторые параметры, влияющие на корректность работы устройства.
Возможности настройки
Есть несколько регулировок, которые позволяют настроить работу фотореле в каждом конкретном случае. Проблема в том, что настройки производятся вручную, поворотом нужного регулятора и добиться абсолютно одинаковых параметров у нескольких устройств нереально. Всегда есть какие-то отличия в их работе.
При помощи этих настроек можно сделать работу фотореле для автоматического включения освещения участка комфортным, исключить ложные срабатывания.
Где поставить
Правильно выбрать место для установки фотореле для уличного освещения — тот еще квест. Надо учесть несколько требований:
При все при этом, высота установки фотореле — на уровне 1,8-2 м. Это даст возможность регулировать параметры «с земли». Можно и выше, но понадобиться стремянка/лестница или стул/табуретка.
Как понимаете, найти такое место непросто. Есть несколько хитростей, которые облегчают решение:
И еще совет из практики: подстроить параметры работы проще, если датчик освещенности фотореле стоит на восточной или западной стене. Но только в том случае, если там нет ярко светящихся объектов. В таком случае лучше всего выбирать ту сторону, где «засветка» меньше всего.
Виды фотореле
Как уже говорили, есть фото-реле со встроенным и выносным датчиком освещенности. Кроме можно найти следующие разновидности:
Если вам нужна одна из описанных выше функций, совсем не обязательно покупать фотореле с датчиком движения или таймером. Можно установить обычный датчик, и, последовательно с ним, подключить нужное устройство (датчик движения или таймер). Функции будут те же, а ремонт и замена обойдутся в меньшую сумму. Если в фотореле с дополнительными функциями выйдет из строя одна из частей, придется менять устройство полностью, а стоит такой вариант дороже собрата «без наворотов».
Схемы подключения фотореле для уличного освещения
Назначение фотореле для уличного освещения — подавать питание при наступлении темноты и отключать его на рассвете. То есть это своего рода выключатель, только вместо клавиши в нем установлен светочувствительный элемент. Потому схема его подключения аналогична: на фотореле подается фаза, снимается с его выходов и подается на светильники или группу фонарей.
Самый простой случай — схема подключения фотореле к фонарю
Так как фотореле для работы также необходимо питание, на соответствующие контакты подается ноль, желательно также подключить заземление.
Как уже говорили раньше, подбирать фотореле надо по мощности подключаемой нагрузки. Но наблюдается одна закономерность: с увеличением мощности цены возрастают значительно. Для экономии можно подавать питание не через фотореле, а через . Он предназначен для частого включения/отключения питания, а также с его помощью можно подключить питание с использованием светочувствительного элемента с малой подключаемой нагрузкой. По сути, он включает только магнитный пускатель, потому в расчет берут только его потребляемую мощность. А к выводам магнитного пускателя можно подключать и мощную нагрузку.
Если кроме датчика день/ночь надо еще подключить таймер или датчик движения, их ставят последовательно после реле освещения. Порядок установки движение/таймер неважен.
Если датчик движения или таймер не нужны, их просто убираете из схемы. Она остается работоспособной.
Установка и настройка
У фотореле со встроенным фотодатчиком из корпуса выходит три провода. Подключают их всегда одинаково:
- Красный идет на нагрузку — фонарь, лампочки, светильники.
- Коричневый или черный провод соединяется с фазой, взятой со щитка.
- К синему подключается нейтраль с шины с «рабочим нулем» из щитка.
Желательно также устройство заземлить, подключив к соответствующей клемме на корпусе. Сечение проводов подбирается в зависимости от мощности подключаемой нагрузки.
Настройка реле происходит после его установки и подключения. При наступлении сумерек дожидаетесь такого состояния, когда вы бы желания чтобы освещение включилось. Берете небольшую отвертку, крутите подстроечное колесико до тех пор, пока свет не зажжется.
Порядок подключения фотореле с выносным датчиком немного другой:
- фазу подключаем к клемме A1 (L) (в верхней части прибора);
- ноль заводим на клемму A2 (N);
- с выхода (в зависимости от модели, может находится в верхней части корпуса, тогда обозначается L’ или в нижней части корпуса) фаза подается на осветительные приборы.
Один из вариантов подключения — в видео. Тут реализована схема с магнитным пускателем.
Датчики света на сегодняшний день являются довольно распространенными. По своим конструктивным параметрам они сильно различаются. В первую очередь это связано с тем, что фотоэлементов имеется на рынке немало. При этом существует множество моделей с разными типами адаптеров. Однако чтобы более подробно разобраться в этом вопросе, следует изучить структуру данных устройств. Только после этого можно будет приступать непосредственно к сборке датчика для света.
Классическая схема устройства
Самая стандартная схема датчика для света включает в себя фотоэлемент. При этом адаптеры часто используются нелинейные. Однако линейные модификации также являются на сегодняшний день востребованными. Еще в схеме стандартного датчика света имеются конденсаторы различной емкости. Располагаться они могут в последовательном либо параллельном порядке. Непосредственно для ламп устанавливаются патроны разного диаметра. Системы платы чаще всего имеются многоканального типа.
Модель с магнитным фотоэлементом
С магнитным фотоэлементом датчик света (схема показана ниже) больше всего подходит для закрытых помещений. При этом на улице модель можно использовать только при плюсовой температуре. Для того чтобы собрать датчик света своими руками, лампу целесообразнее использовать на 5 В. При этом патрон можно отдельно для устройства приобрести в магазине. Следующим шагом необходимо заняться непосредственно установкой фотоэлемента.
Корпус для этих целей нужно использовать пластиковый. После установки фотоэлемента для передачи сигнала монтируется кардиодный проводник. Емкость данного элемента не должна превышать 3 пФ. В противном случае лампа накаливания может не выдержать большой нагрузки. Непосредственно подключение к сети 220 В осуществляется по первой фазе. Для этого необходимо замыкать только верхние контакты. Проводник в данном случае можно использовать с маркировкой РР20.
Применение широкополосных фотоэлементов
Собирается данного типа датчик света нелегко. В первую очередь необходимо найти хороший фотоэлемент. Для его установки потребуется прочный корпус. Дополнительно следует отметить, что он обязан быть герметичным, поскольку вышеуказанный фотоэлемент плохо переносит повышенную влажность. Использовать его при минусовых температурах также не рекомендуется. Однако в закрытых помещениях он способен сослужить хорошую службу. Конденсаторы для него чаще всего используются интегральные. По емкости они различаются. В данном случае многое зависит от выбранной лампы накаливания.
Если рассматривать вариант на 5 В, то конденсаторы в такой ситуации можно использовать на 15 пФ. При этом подключение датчика света к сети должно осуществляться через переходник. Для регулировки мощности устройства часто используются управленческие платы. На сегодняшний день большим спросом пользуются многоканальные модели. Для того чтобы подключить датчик включения света к сети 220 В, без вспомогательного адаптера не обойтись.
Датчик на дипольных резисторах
На дипольных резисторах датчик света для освещения является широко распространенным. Фотоэлементы у моделей устанавливаются в основном спектрального типа. Для улицы такой вариант подходит идеально. Использоваться он способен эффективно даже при температуре -20 градусов. При этом замыкание резисторов происходить не будет. В данном случае конденсатор потребуется для монтажа только один. Подбирать его необходимо открытого либо закрытого типа. Однако емкость конденсатора не должна превышать 5 пФ.
Усилители в таком устройстве применяются довольно редко. Гораздо лучше для управления устанавливать обычные контроллеры. Контактные системы для подключения подбираются однофазные. Однако в данной ситуации необходимо в первую очередь взглянуть на распределительный щит. Только после этого появится возможность определиться с переходником, чтобы лампочка не сгорела.
Датчик на волновых конденсаторах
Данного типа датчик света собрать можно, если приготовить магнитный фотоэлемент. Резисторы для модели больше всего подходят диодные, а емкость их обязана составлять не менее 30 пФ. По чувствительности датчики указанного типа существенно различаются. Усилители при этом устанавливаются средней мощности. Модуляторы для устройства подходят больше интегрального типа. В этом случае параметр чувствительности будет находиться на уровне 22 мк. Также следует отметить, что диффузор в данном случае можно подсоединить напрямую через блок питания.
Использование селективных конденсаторов
Данного типа датчик света отличается повышенной чувствительностью. Для улицы эти устройства не подходят. Однако многое зависит от типа фотоэлемента. Если рассматривать интегральные модификации, то они повышенной влажности не боятся. Также они являются нечувствительными к минусовой температуре, и в холод устройства использовать можно. Резисторы чаще всего устанавливаются открытого типа.
При этом управленческие платы подходят самые разнообразные. Для того чтобы самостоятельно собрать модель, переходники целесообразнее подбирать со вспомогательными адаптерами. Подключение датчика света осуществляется через первую фазу. При этом контакты необходимо крепить в первую очередь сверху. Для того чтобы проверить заземление, нужно воспользоваться тестером.
Сверхчувствительные датчики для света
Сверхчувствительный датчик включения света для закрытых помещений подходит хорошо. Чаще всего модели устанавливают в офисных зданиях. Таким образом, на электричестве можно сэкономить довольно много. Для того чтобы самостоятельно сложить сверхчувствительную модификацию, фотоэлемент лучше приобрести магнитного типа. Резисторы целесообразнее подбирать с высоким параметром проводимости.
В данном случае переходник можно использовать самый простой. При этом усилители, как правило, не применяются. Для подключения датчика потребуется вспомогательный адаптер. Как правило, он используется на два контакта. Чтобы сбои в системе происходили как можно реже, многие специалисты рекомендуют использовать модули сопротивления. Найти их в магазине, как правило, можно с пометкой 10 Ом.
Модификации с пониженной чувствительностью
Данного типа датчик света специально создан для использования в суровых погодных условиях. В среднем модели способны выдерживать температуру до -20 градусов. Фотоэлементы у них устанавливаются исключительно интегральные. Отличаются они тем, что повышенной влажности практически не боятся. При этом небольшие механические повреждения способны выдерживать.
Про магнитные аналоги такого не скажешь. Для того чтобы самостоятельно собрать датчик света (уличный), потребуется высокоемкостный конденсатор. Дополнительно для стабильной работы применяются маломощные резисторы. Контроллеры для датчика устанавливать можно самые разнообразные.
Модификации с мембранным усилителем
Собрать датчик с мембранным усилителем можно довольно просто. Если рассматривать самую простую модификацию, то лампу целесообразнее подбирать на 5 В. При этом патрон в диаметре должен составлять 4.5 см. После закрепления фотоэлемента необходимо зафиксировать резистор. Если рассматривать модель без управленческой платы, то усилитель должен устанавливаться возле выходного переключателя. При этом соединение обязано осуществляться через переходник с изоляцией.
Если рассматривать модель с управленческой платой, то в первую очередь важно припаять к фотоэлементу вспомогательный адаптер при помощи паяльной лампы. Только после этого к системе подсоединяется переключатель с контактами. Проводники в данном случае нужно вывести на сторону и изолировать, чтобы исключить случаи коротких замыканий.
Одним из основных элементов автоматики в уличном освещении, наряду с таймерами и датчиками движения, является фотореле или сумеречное реле. Назначение данного аппарата - автоматическое подключение полезной нагрузки, при наступлении темного времени суток, без участия человека. Это устройство также получило огромную популярность благодаря своей дешевизне, доступности и простоте подключения. В данной статье мы подробно разберем принцип работы сумеречного выключателя и нюансы его подключения, а также расскажем, как сделать фотореле своими руками. Это не отнимет много времени и сил, зато вам будет приятно пользоваться самостоятельно собранным устройством.
Конструкция реле
Основным элементом реле является фотодатчик, в схемах могут применяться , диоды, транзисторы, фотоэлектрические элементы. При изменении освещенности на фотоэлементе соответственно изменяются и его свойства, такие как сопротивление, состояния P-N перехода в диодах и транзисторах, а также напряжения на контактах фоточувствительного элемента. Далее сигнал усиливается и происходит переключение силового элемента, коммутирующего нагрузку. В качестве выходных управляющих элементов используют реле или симисторы.
Почти все покупные элементы собраны по схожему принципу и имеют два входа и два выхода. На вход подается сетевое напряжение 220 Вольт, которое, в зависимости от установленных параметров, появляется и на выходе. Иногда фотореле имеет всего 3 провода. Тогда ноль – общий, на один провод подается фаза, и при нужной освещенности она соединяется с оставшимся проводом.
При необходимо ознакомится с инструкцией, обратить особое внимание на максимальную мощность подключаемой нагрузки, тип ламп освещения (накаливания, газоразрядные, светодиодные лампочки). Важно знать, что реле освещения с тиристорным выходом не смогут работать с энергосберегающими лампами, а также с некоторыми видами из-за конструктивных особенностей. Этот нюанс необходимо учитывать, чтобы не повредить оборудование.
Давайте рассмотрим несколько схем для самостоятельной сборки сумеречного выключателя в домашних условиях. Для примера разберем, как сделать симисторный ночник с фотоэлементом.
Инструкция по сборке
Это самая элементарная схема фотореле из нескольких деталей: симистора Quadrac Q60, опорного резистора R1, и фото элемента ФСК:
При отсутствии света симисторный ключ открывается полностью и лампа в ночнике светит в полный накал. При увеличении освещенности в помещении происходит смещение напряжения на управляющем контакте и меняется яркость светильника, вплоть до полного затухания лампочки.
Обратите внимание, что в схеме присутствует опасное для жизни напряжение. Подключать и тестировать ее необходимо с особой аккуратностью. А готовое устройство обязательно должно быть в диэлектрическом корпусе.
Следующая схема с релейным выходом:
Транзистор VT1 усиливает сигнал с делителя напряжения, который состоит из фоторезистора PR1 и резистора R1. VT2 управляет электромагнитным реле К1, которое может иметь как нормально разомкнутые, так и нормально замкнутые контакты, в зависимости от назначения. Диод VD1 шунтирует импульсы напряжения во время отключения катушки, защищая транзисторы от выхода из строя из-за бросков обратного напряжения. Рассмотрев данную схему, можно обнаружить, что ее часть (выделенная красным) по функционалу близка к готовым сборкам релейного модуля для ардуино.
Слегка переделав схему и дополнив ее одним транзистором и солнечным фотоэлементом от старого калькулятора, был собран прототип сумеречного выключателя - самодельное фотореле на транзисторе. При освещении солнечного элемента PR1, транзистор VT1 открывается и подает сигнал на выходной релейный модуль, который переключает свои контакты, управляя полезной нагрузкой.
