Тест: проверьте знания о датчиках движения, положения и присутствия

Решил поделится своим флоу для тестирования датчика присутствия в туалете или ванной комнате. Почему именно там, ответ прост. Обычно данные заведения посещает один человек, а не группа и соответственно флоу не рассчитано на посещение данного заведения в режиме: один зашел, потом второй … Все просто, если один зашел — то он и должен выйти. Часть флоу выглядит как на картинке снизу. 

Во флоу используется плагин node-red-contrib-spruthub от автора нашего Спрут сообщества. В данном флоу почти все данные записываются в Global переменные, они потом будут необходимы для работы логики или использоваться в других местах. Для примера, global переменная «Вутри», у меня используется для блокировки управления света по датчику движения.

Краткое описание работы флоу. Открывается дверь и сразу включается свет. В течении 10 секунд (это время задано в параметрах устройства датчика движения в Спрутхабе) надо зайти и закрыть дверь и тогда ваше присутствие будет обнаружено. Если не входить, то свет выключится с задержкой в 1 минуту по таймеру, а если закрыть дверь не заходя — то сразу.

После обнаружения присутствия, при выходе из помещения и закрытии двери — свет отключится сразу. Если при этом не закрыли дверь, то с задержкой в одну минуту и при этом статус присутствия тоже сбросится. Многие функции написаны для отображения статуса при отладке алгоритма. Я специально сделал датчик присутствия в HomeKit для контроля работы алгоритма.

Вроде все, для блога достаточно. У кого нет Спрутхаба, вы легкоможете переделать все на Conbee или z2m. Удачного тестирования. Флоу найдете по ссылке.

Хочешь умный дом но нет времени разбираться?Посмотри примеры работ и выбери себе интегратора.
К списку блогов
Строю свой первый дом и рассказываю о муках выбора, проводке под умный дом, оборудовании. 05.09.2019 — лето

Крутая лампа-будильник DIY

Создание очень бюджетной автоматизации рулонных штор

Компонент для управления устройствами Sonoff на прошивке eWeLink по локальной сети и через облако из Home Assistant без необходимости перепрошивать устройства

Настенные Wi-Fi выключатели без нуля в круглый подрозетник

Ответы на вопросы, заданные в ЛС в телеграмме

Чем чаще двигаешься — тем дольше свет не погаснет

Интеграция диммера на 220V в Home Assistant.

Состояние проекта. Поставка новых компонентов. Задержки на таможне и производство новых деталей собственной разработки.

Очередной пример базовых автоматизаций на Node-RED и интеграции с Home Assistant

Подключение датчика движения для освещения и её схема

Датчик движения – устройство, реагирующее на перемещение либо изменение в пространстве каких-либо объектов. В быту наибольшее применение нашел датчик движения для включения / выключения света в помещении, тем самым упрощая жизнь за ненадобностью поиска выключателя.

Самое неудобное или даже сложное это то, что все детали могут быть изготовлены разными производителями. Следовательно, при подключении такого прибора нужно очень внимательно ознакомиться со схемой расположения всех базовых клемм.

Обязательно нужно соблюдать фазировку. Вся схема по монтажу, заземлению и расположению нулевой фазы приводится в инструкции на детектор.

Нарушение фазы при монтаже может привести к короткому замыканию, которое может легко привести к возгоранию:

1. К месту монтажа детектора перемещения, подключается кабель с 3 жилами.
2. Затем этот провод проводится и подключается в электрощите.
3. В самом щитке происходит присоединение потребительской нагрузки с клеммами детектора.
4. Затем происходит коммутация всей подключенной электрической цепи.

• Схема подключения 1 датчика движения:
• 
• Элементы замыкают либо размыкают электрическую цепь:

1. В корпус устройства вводится провод, питаемый 220В и светильник.
2. НаL подсоединяется приходящая фаза, на N с этого же разъема отходит на лампочку.
3. С третьего клемма отходит управляемая фаза на вторую жилу.

При надобности постоянного горения света в случае наличия полнейшего отсутствия каких-то движений, выключатель в схему устройства включается параллельно к датчику движения.

Эта схема позволяет включиться освещению в момент включения выключателя по иной цепочке, обходя устройство. Так как при отключенном переключателе, можно полностью контролировать уровень освещения детектором движения.

Множество схем имеют приведенные обозначения:

• KM –нагрузка;
• LS– жила, ведущая к нагрузке;
• N –ноль;
• L– фаза;

Подключение нескольких датчиков

Зачастую, специфика помещения заставляет подключить сразу два сканирующих устройства. Например, при установке двух сканеров в коридоре, имеющий изгибающийся участок.

Инструкция:

1. Используется параллельная схема подключения датчиков. Нулевая фаза без прерывания, отдельно подается на каждый из них, затем осуществляется подсоединение всех выходов к освещению. Как следствие, подается напряжение на контактные наконечники светильника.
2. Место установки предполагает максимальную зону захвата помещения. Мощность потребления составляет порядка 600 – 1000 Вт. При подключении через несколько детекторов, определенное количество не маломощных ламп, в схеме используется магнитный пускатель. Оба устройства должны питаться от одной фазы, в противном случае может произойти короткое замыкание.

При покупке любой модели, в комплекте идет инструкция по ее установке. Внутри устройства имеется коннектирующая колодка и 3 отведенных контакта разных цветов. Контакты располагаются с наружной части от корпуса самого устройства, подключаемыми зажимами. В случае использования кабеля с множеством жил, применимы специализированные наконечники.

Место для монтажа и настройка

Рекомендуются следующие потенциальные места для установки:

1. Установка в том месте, где он будет охватывать большую часть необходимой зоны для реагирования.
2. Рекомендуется, чтобы между датчиком и зоной срабатывания не возникало каких-либо мешающих предметов (источники света, деревья, кусты, источники тепла и т.д.).
3. Детектор обязательно должен периодически чиститься во избежание оседания пыли, мешающей правильному сканированию.

Не рекомендуется монтировать детекторы рядом с отопительным оборудованием, вблизи кондиционера, а также рядом с приборами, излучающие электромагнитные волны. Как правило, датчики движения питаются бытовой промышленной сетью 220В, за исключением радиодатчиков, работающих на аккумуляторе.

Настройка множества приборов детектирующих движение производится по 3 основным критериям:

1. Чувствительность прибора.
2. Предел освещенности – величина, при которой прибор будет срабатывать.
3. Временная задержка – время, задерживающее отключения освещения в помещении.

Чувствительность прибора

Большая часть настроек производятся регулировочными потенциометрами. Первым делом, рассмотрев новый датчик, посмотрите, где они расположены.

Чувствительность является одной из самых сложных настроек детектора движения. Настроить идеально точно – крайне проблематично, но возможно.

При настройке поворачивайте рукоятки крайне плавно, поскольку они являются очень чувствительными элементами.

Основная рекомендация – если прибор не реагирует на движение человека, значит, чувствительность нужно добавить, если реагирует чересчур, то снизить.

В период смены время года, а также температуры помещения, возможна перенастройка прибора. Считается идеально настроенный прибор, который реагирует на появление в помещении человека, и остается в таком положении до появления иного объекта (например, домашнего животного).

Разновидностями, имеющие более высокую чувствительность, являются детекторы со встроенными микропроцессорами. В таких моделях при отсутствии в зоне действия человека, ложного срабатывания практически не происходит, вследствие автоматического снижения чувствительности, но при появлении человека – все настройки возвращаются к оптимальным.

Выставление предела освещенности

Настройка данного параметра производится при помощи регулятора (LUX). При настройке нужно добиться реагирование датчика включения в тот момент, когда в помещении становится темно и необходимо включить свет.

Существуют разновидности моделей, которые не производят включения света, при наличии в помещении нормального естественного освещения, и даже в присутствии человека. Для более чувствительной работы детекторов, перемещения, стоит отдавать предпочтение таким модификациям, но они малоэффективны в помещениях с отсутствием попадания естественного света (коридор, санузел, душевая и т.п.).

Временная задержка

Для этой настройки применяется регулятор «TIME». Эта настройка нужна для того, чтобы не реагировать на случайное мимолетное появление человека в помещении, например – в коридоре.

Это приведет к постоянному включению/выключению датчика, что не сказывается положительно на его работе.

Поскольку как и любая световая система, он имеет свой ресурс, плюс ресурс светодиодной лампочки, которая при постоянных отключениях может гораздо уменьшить свой срок службы.

Последней процедурой – является регулировка оптимального положения «головы» датчика, что он мог «замечать» объекты, попадающие в поле его действия. Для проверки такой калибровки, можно проверить реагирование детектора на перемещение в дальних точках.

Все вышеупомянутые приемы позволяют правильно, а главное, эффективно настроить данный современный прибор, позволяющий уменьшить финансовые затраты и сделать жизнь более проще.

Принцип работы прибора

1. Датчики основаны на реагировании появления, либо изменения объекта в пространстве, охватывающем зону действия датчика.
2. Базовой деталью является фотоэлемент, испускающий инфракрасный свет, в который попадают объекты, излучающие тепловые лучи.

Частой причиной неправильного срабатывания такого датчика могут быть различные бытовые предметы, выделяющие тепло.

Мощность инфракрасного света напрямую влияет от температуры объекта. Если излучатель будет иметь более высокую температуру, тем больше будет от него инфракрасное излучение.

Поскольку при комнатной температуре, среди всех предметов, излучение от человека имеет наивысшую температуру, как следствие, прибор безошибочно реагирует только на перемещение человека:

1. Основной элемент датчика, представляет собой линзу основную, которая, в свою очередь, состоит из множества малых линз.
2. Каждая малая линза позволяет правильно поймать и сфокусировать изображение с разных углов помещения, тем самым производя регистрацию и получение усиленного сигнала.
3. Каждая линза отвечает за отдельный сегмент в радиусе действия датчика.
4. При перемещении человека, на каждом промежутке передвижения есть своя линза, которая это перемещение улавливает.
5. Таким образом, на фотоэлемент всегда попадает усиленный сигнал, который и включает свет, понимая, что в помещении кто-то есть.
6. Можно сказать, что чем больше микролинз присутствуют в фотоэлементе, тем чувствительней будет сам детектор.

По такому же принципу работает датчик присутствия, только там система иная, реакция происходит на недвижимый объект.

Советы

1. Для корректной работы в зону сканирования детектора не должны попадать посторонние объекты, они могут заставить систему работать не верно. Рекомендуется не устанавливать датчика вблизи столбов, кустов, деревьев, которые очевидно будут оказывать ложное влияние на детектирование сканирующих устройств.
2. Нужно по возможности нейтрализовать воздействие на сканирующий прибор магнитных излучений, которые могут негативно сказаться на работе устройства.
3. Сохраняйте детектор в чистоте и всевозможных попаданий влаги, поскольку все эти факторы влекут за собой ложные показания, негативно сказываются на величине зоны действия, а также долговечности аппарата.
4. Источник должен быть направлен в зону наибольшей вероятности появления движущихся объектов.

Инфракрасные (ИК) датчики присутствия человека в помещении внутренние — Блог B. E. G

• Наличие зоны высокой чувствительности
  Распознавание мельчайших движений
  Где используют датчик движения и датчик присутствия
  Решаемые задачи
  Практическое применение
• В сегодняшней статье мы разберемся, чем отличается датчик движения от датчика присутствия и в каких случаях используется то или иное устройство.
• Максимально сэкономить средства, затрачиваемые на потребляемую электроэнергию, помогут энергосберегающие технологии, применяемые при строительстве и реконструкции зданий.

В энергосберегающих системах используют комплексные автоматизированные датчики управления освещением.

Комплексная система автоматизации здания (BMS), состоит из диспетчеризации и управления всеми имеющимися инженерными системами и подсистемами.

Также существуют локальные решения и системы управления освещением, составными элементами которых являются датчики присутствия и движения.

Они предназначены для включения, выключения и регулирования искусственного освещения в зависимости от естественного света. Датчики регистрируют движение или присутствие в разных зонах обнаружения.

Каким же образом это происходит? Здесь в работу вступает PIR-сенсор, который способен «видеть» через линзу френеля перемещение инфракрасного излучения, которое имеет каждое тело температура которого выше абсолютного нуля (-273 гр.)

Различия датчика движения и датчика присутствия

Задаваясь вопросом, на чем остановить свой выбор, нужно рассмотреть особенности каждого вида датчиков.

Наличие зоны высокой чувствительности

Датчик присутствия человека имеет зону высокой чувствительности, которая способна распознавать мельчайшие движения. Датчик движения, в свою очередь, как правило не имеет зону высокой чувствительности и поэтому фиксирует более крупные движения.

В отличии от других производителей, датчики движения B.E.G. имеют зону присутствия, которая имеет регулировки чувствительности.

Такие различия нужно учитывать, ведь при отсутствии движения свет может отключаться. Для бодрствующего человека в помещении полная неподвижность – редкое явление. Тем не менее, подобные ситуации случаются при неправильной настройке инфракрасных датчиков.

Используя специальную временную настройку можно задать время задержки на отключение. Отсчет её начинается с момента регистрации последних движений, в зоне действия ИК-датчика. Правильная настройка позволяет избавиться от несвоевременных отключений световых приборов.

Распознавание мельчайших движений

Датчик движения, способен распознавать крупные движения и имеет уличное исполнение. Он способен управлять освещением в зависимости от наличия движения в его зоне и от естественного света.

Более сложным устройством с одной стороны и многофункциональным с другой, является датчик присутствия.

При его использовании в помещениях с большим количеством естественного света, возможно не только управлять искусственным освещением по сценарию включения и выключения в зависимости от присутствия и количества естественного света, а так же, регулировать яркость ламп по разным протоколам. Это означает, что свет включится или выключится при наступлении определенного порога освещенности в помещении.

Где используют датчик движения и датчик присутствия

В связи с разными возможностями, датчик движения целесообразно применять для управления освещением в проходных помещениях и помещениях с малым количеством естественного света или без него. А датчики присутствия – в помещениях, где люди находятся постоянно.

Решаемые задачи

Безусловно, все датчики в независимости движения или присутствия, имеют сенсор освещенности, который измеряет текущую освещенность при регистрации движения, различие состоит только в том, что датчики движения измеряют освещенность при обнаружении первого движения, а датчики присутствия каждое движение, поэтому они способны выключать освещение при установке в офисе.

Датчик присутствия в помещении способен выполнять более сложные и комплексные задачи, управлять освещением и дополнительными нагрузками, с разными временными задержками.

Например, по основному каналу управлять освещением в кабинете, а с помощью дополнительного канала включить кондиционер.

В тоже время при достаточной освещенности, освещение может выключится, а кондиционер будет продолжать свою работу, так как дополнительный канал не имеет привязки к сенсору освещенности.

Практическое применение

Представленные устройства, могут быть установлены как самостоятельные элементы управления или в качестве оконечных устройств в системах управления (например, в комплексных системах автоматизации зданий «умный» дом).

Дизайнерские серии датчиков, чаще всего применяются в помещениях частного сектора, уличные серии датчиков предназначены для управления освещением дворов и подъездов, в складских, офисных и производственных помещениях применяются профессиональные серии датчиков которые, способны решать самые сложные задачи.

Инновационные технологии и технологические разработки в области управления освещением делают жизнь современного человека более комфортной, облегчая многие задачи. Использование систем управления или локальных решений в отдельных помещениях или во всем здании, дает ряд неоспоримых преимуществ, среди которых удобство использования, безопасность и экономичность.

Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропускать полезные материалы о датчиках движения и присутствия.

Тест: Сигналы и жесты водителей на дороге (проверка знаний водителей)

В каждой профессии, как вы знаете, есть свой специфический сленг. С его помощью часто происходит общение, смысл которого посторонним мало понятен.

Есть свой сленг у водителей-дальнобойщиков и обычных автолюбителей. Чаще всего весь этот «язык» представляет собой жесты и сигналы, которые помогают водителям во время движения понимать друг друга.

А вы знаете самые распространенные жесты и условные сигналы других водителей? 

Сегодня предлагаем вам пройти наш новый тест на знание условных сигналов и жестов автолюбителей. Предупреждаем: тест не из легких. Особенно для тех, кто только недавно получил права. Но мы все же советовали бы пройти это тестирование всем. Будет полезно. Пригодится…

Также предлагаем вам пройти наши другие тесты на различную тематику. 

Лабораторная работа №5 Датчики присутствия и движения объектов

Лабораторная работа №5

Датчики присутствия и движения объектов

Датчики присутствия детектируют нахождение людей (а иногда и животных) в контролируемой зоне, тогда как детекторы движения реагируют только на перемещение объектов.

Основным их отличием является то, что датчики присутствия вырабатывают выходной сигнал независимо от того, движется объект или замер, в то время как сигнал на выходе детектора движения появляется только в случае перемещения объекта.

Такие датчики применяются в системах наблюдения и охраны, в устройствах управления энергией (напри­мер, для управления включением/выключением электрического света), в инте­рактивных игрушках и т.д.

В зависимости от конкретной ситуации присутствие человека может определяться по некоторым параметрам его тела или характе­ристикам поведения. Например, датчик может реагировать на вес человека, тепло от его тела, звуки, на изменение диэлектрической проницаемости и т.д. Для определения присутствия людей и их передвижений в настоящее время применяются следующие типы датчиков:

• Датчики давления воздуха: детекторы перепадов давления воздуха, возникаю­щих при открывании дверей и окон.

• Емкостные датчики: детекторы изменения емкости человеческого тела
• Акустические датчики: детекторы звуков, производимых людьми

• Фотоэлектрические датчики: детекторы пересечения луча света движущими­ся объектами
• Оптоэлектронные датчики: детекторы уровня освещенности или оптической контрастности в охраняемой зоне
• Сенсоры предохранительных ковриков: длинные полоски, располагающиеся на полу под ковриком у входной двери, реагирующие на давление, создаваемое весом непрошеного гостя.
• Детекторы напряжений: датчики деформации, встроенные в пол, ступени и другие конструктивные элементы.

• Детекторы открывания: электрические контакты, встроенные в двери и окна

• Магнитные детекторы открывания: бесконтактная версия детекторов от­крывания.

• Детекторы вибраций: устройства, реагирующие на вибрации стен или других конструкций зданий; такие элементы могут также крепиться к дверям и ок­нам для обнаружения передвижений объектов.
• Детекторы разбитых стекол: датчики, реагирующие на специфические виб­рации, характерные для бьющегося стекла
• ИХ детекторы движения: устройства, реагирующие на тепловые волны, ис­пускаемые теплыми или холодными движущимися объектами
• СВЧ детекторы (микроволновые датчики): активные устройства, реагирующие на СВЧ электромагнитные волны, отраженные от объектов
• Ультразвуковые датчики: устройства аналогичные СВЧ датчикам, только в них вместо электромагнитных волн используются ультразвуковые колебания.
• Видеодетекторы появления новых объектов: видео устройства, сравнивающие текущее изображение охраняемой зоны с записанным в памяти эталонным изображением.
• Системы видеораспознавания: анализаторы изображений, сравнивающие ха­рактерные особенности лиц людей с портретами, хранящимися в базе дан­ных
• Лазерные детекторы: устройства, подобные фотоэлектрическим детекторам. Их отличие в том, что они используют узкие лучи света и комбинацию отра­жателей
• ^ датчики, способные детектировать стати­ческие электрические заряды, переносимые движущимися объектами. Одним из недостатков детекторов обнаружения присутствия людей или их

вторжения в охраняемое пространство является ложное срабатывание. Подлож­ным срабатыванием понимается ситуация, когда система указывает на присут­ствие объектов, которых на самом деле там нет. В некоторых случаях, например, в игрушках или устройствах управления освещением, ложное срабатывание не при­чиняет особых проблем. Однако в охранных и военных системах одинаково опас­ными являются ситуации, как ложного срабатывания, так и пропускания вторже­ния посторонних в контролируемую зону. Поэтому при выборе датчиков для та­ких применений необходимо обращать внимание на их надежность, избиратель­ность и помехозащищенность. Для повышения надежности охранных систем ча­сто используют несколько датчиков со своими интерфейсными схемами, работа­ющими независимо друг от друга. Такой прием особенно эффективен в случае воздействия внешних помех. Другим способом снижения ошибок при обнаруже­нии вторжения людей является применение нескольких датчиков, основанных на разных физических принципах (например, очень эффективна комбинация емкостных и ИК детекторов, поскольку для них критичными являются разные виды вносимых помех)

Ультразвуковые датчики присутствия

Такие детекторы посылают акустические волны на объект и принимают отражен­ные от него волны. Для использования таких детекторов в качестве датчиков движения желательно увеличить их рабочий диапазон и угол охвата территории. Эти датчики по устройству и принципу действия аналогичны описанным в лабораторной работе № 4.

Микроволновые детекторы движения

СВЧ детекторы являются прекрасной альтернативой другим датчикам, когда требуется контролировать большие площади и работать в широком температур­ном диапазоне в сильно зашумленных условиях: при ветре, акустических поме­хах, в тумане, пыли, влажности и т.д.

Принцип действия СВЧ детекторов осно­ван на излучении электромагнитных радиочастотных волн в сторону охраняе­мой зоны. Самыми распространенными частотами являются 10.525 ГГц (Х-диапазон) и 24.125 (К-диапазон).

Мощность излучения должна быть довольно низкой, чтобы не причинять вред здоровью людей, длина излучаемых волн до­статочно большая

(λ = 3 см для Х-диапазона), чтобы свободно проходить сквозь большинство частиц, загрязняющих воздух, и достаточно короткой, чтобы от­ражаться от больших объектов.

Микроволновая часть детекторов состоит из генератора Ганна, антенны и смесительного диода. Генератор Ганна представляет собой диод, смонтирован­ный в объемном резонаторе, который при подаче напряжения пи­тания начинает вырабатывать СВЧ колебания.

Часть этих электромагнитных волн, имеющих частоту f0, проходит через диафрагму в волновод и попадает в антенну, которая направляет их в сторону объекта. В зависимости от примене­ния выбираются разные фокусирующие характеристики антенны.

Основное пра­вило такое: чем уже диаграмма направленности антенны, тем большей чувстви­тельностью она обладает (т.е. тем выше ее коэффициент усиления).

Другое важ­ное свойство следующее: антенны с узкой (игольчатой) диаграммой направлен­ности имеют большие размеры по сравнению с широкоугольными антеннами, которые могут быть довольно миниатюрными. Типовая мощность излучения передатчика составляет 10…20 мВт.

Стабильность генераторов Ганна зависит от приложенного напряжения, поэтому очень важно для питания генераторов ис­пользовать высококачественные регуляторы напряжения. Генератор может ра­ботать либо непрерывно, либо периодически. При работе в импульсном режи­ме резко снижается потребляемая от источника питания мощность.

Меньшая часть излучаемых волн попадает на смесительный диод Шотки и используется в качестве эталонного сигнала (рис. 1(А)). Часто приемники пе­редатчик сигналов расположены в одном модуле, называемом приемопередат­чиком или трансивером.

Часть отраженного от объекта электромагнитного излучения возвращается назад на антенну, которая с помощью направленного ответвителя направляется на смесительный диод.

Постоянный ток через диод определяется раз­ностью фаз излучаемого и отраженного сигнала, которая прямо пропорциональна расстоянию до объекта, причем этот ток меняется по синусоидальному закону в зависимости от разности фаз.

При помощи такого фазочувствительного детектора мож­но найти расстояние до объекта, однако, как правило, требуется определять не расстояние, а факт передвижения объекта в охраняемой зоне. Датчики при­сутствия и движения часто реализуются на основе эффекта Доплера.

При этом частота сигнала, отраженного от движущегося объекта отличается от частоты излученного сигнала и в токе через смесительный диод появляется гармоническая составляющая, определяемая разностью частот излученного и принятого сигналов. На этом принципе работают практически все СВЧ и ультразвуковые детекторы. Следует отметить, что Доплеровские датчики являются детекторами движения, а не при­сутствия, поскольку реагируют только на движущиеся объекты.

Антенна излучает на частоте f, которая определяется длиной волны λ:

,(1)

где с —скорость света. Когда объект движется по направлению к антенне или от нее, частота отраженного излучения меняется.

При движении объекта от антен­ны со скоростью v, частота отраженного сигнала уменьшается, а при приближе­нии объекта — возрастает.

Это явление и называется эффектом Доплера, назван­ным в честь австрийского ученного Кристиана Доплера (1803-1853).

(А) (Б)Рис. 1. СВЧ детектор присутствия: А — схема для измерения доплеровской частоты, Б — схема с пороговым детекторомСогласно теории относительности частота отраженных электро­магнитных волн определяется следующим выражением:

На практике величиной (v/c)2 можно пренебрегают, поскольку она очень мала по сравнению с единицей. Тогда выражение для частоты отраженных волн упрощается:

Из-за эффекта Доплера отраженные и падающие волны имеют разную частоту. Посколь­ку сме­сительный диод является нелинейным устройством, его выходной сигнал состоит из множе­ства гармоник частот обоих входных сигналов. Электрический ток, протекающий через диод, может быть представлен в виде полинома:

• ,(4)
• где i — постоянная составляющая, аk— коэффициенты гармоник, определяемые рабочей точкой диода, U1, и U2 — амплитуды излучаемого и отраженного сигналов а t — время. Этот ток содержит бесконечное число гармоник, среди которых есть гармоника с частотой, равной разности частот Δf, называемой частотой Доплера:
• u2= a2U1U2cos2π(f -fr)t.

Частоту Доплера на смесительном диоде можно найти из уравнения (3):

Поскольку c/v>>1, после подстановки выражения (1) получим следующее урав­нение:

. (6)

Следовательно, частота сигнала на выходе смесительного диода линейно пропор­циональна скорости движения объекта. Например, человек приближается к детек­тору со скоростью 0.6 м/с, частота Доплера при работе датчика в Х-диапазоне со­ставит

1. Δf =0,6 / 0,03=20 Гц.
2. Уравнение (6) справедливо только для случаев движения объекта прямо на­встречу излучению детектора. Когда объект приближается к детектору под неко­торым углом θ, частоту Доплера можно найти из следующего выражения:
3. . (7)

Из этого уравнения видно, что доплеровские детекторы становятся неэффективны­ми при приближении объектов под углами θ, близкими к 90°. В датчиках скорости для определения скорости движения объекта требуется измерять частоту Доплера и фазу для нахождения направления перемещения (рис. 1 (А)).

Этот метод применяет­ся в радарах автоинспекторов. В охранных системах и в устройствах открывания две­рей в супермаркетах также используются доплеровские детекторы, но в них вмес­то измерения частоты при обнаружении движущихся объектов срабатывает поро­говый компаратор (рис. 1(Б)).

Отметим, что хотя из выражения (7) и следует равенство нулю частоты Доплера для объектов, движущихся под углом θ = 90°, на практике попадание объектов в охраняемую зону под любыми углами приводит к резким скачкам амплитуды принимаемого сигнала и, соответственно, к измене­нию выходного напряжения смесительного диода.

Обычно этих перепадов сигна­лов достаточно для запуска порогового детектора.

Напряжение на смесительном диоде обычно находится в диапазоне от микро­вольт до милливольт, поэтому, как правило, следом за ним ставят усилитель.

По­скольку частота Доплера лежит в звуковом диапазоне, используемый усилитель может быть достаточно простым; однако при этом необходимо применять узкопо­лосный режекторный фильтр для подавления сетевых наводок и основных гармо­ник двухполупериодных выпрямителей, а также ламп дневного освещения: 50 и 100 Гц (или 60 и 120 Гц).

Для обеспечения нормальной работы необходимо, чтобы мощность принимаемого сигнала была достаточно высокой. Выполнение этого условия зависит от нескольких факторов — от площади апертуры антенны А, пло­щади объекта а, а также от расстояния до объекта r:

, (8)

где Р— мощность исходною излучения. Для эффективной работы площадь попе­речного сечения объекта а должна быть достаточно большой, поскольку при , амплитуда принимаемого сигнала резко снижается.

Отражающая способность объекта ρ при воздействии на него излучений определенной длины волны также сильно вли­яет на величину принимаемого сигнала.

Обычно токопроводящие материалы и объек­ты с высокой диэлектрической проницаемостью хорошо отражают электромагнит­ные волны, тогда как многие диэлектрики поглощают энергию, и вследствие этого обладают плохой отражающей способностью.

Пластмассы и керамические материа­лы имеют хорошую пропускающую способность и поэтому могут использоваться в качестве окон в СВЧ детекторах. Самыми хорошими объектами для микроволновых датчиков являются проводящие пластины с ровной, гладкой поверхностью, перпен­дикулярно расположенные к направлению излучения детектора.

Ровная проводя­щая поверхность обладает очень высокой отражающей способностью, но при этом отклонение пластины даже на небольшой угол в, сильно сказывается на работе дат­чика. Так при угле θ = 45°, отраженный сигнал может и вовсе не дойти до приемной антенны. Такой способ отклонения электромагнитных волн применен в бомбарди­ровщике Стелс, невидимом на экранах наземных радаров.

Для определения направления движения объекта (навстречу детектору или от него) датчик должен быть оснащен еще одним смесительным диодом. Второй диод располагается в волноводе таким образом, что доплеровские сигналы от двух дио­дов отличаются по фазе на 1/4 длины волны или на 90° (рис. 2(А)).

Выходные сигналы обоих диодов усиливаются отдельно друг от друга и преобразуются в пря­моугольные импульсы, которые далее анализируются в логическом устройстве, пред­ставляющем собой цифровой дискриминатор фаз, определяющий направление дви­жения объекта (рис. 2(Б)).

Такие детекторы в основном применяются в устрой­ствах автоматического открывания дверей и управления транспортными потока­ми. В обоих случаях для выработки управляющего сигнала необходимо предвари­тельно собрать определенную информацию об объекте.

В устройствах открывания дверей ограничение области наблюдения и мощности излучения может привести к существенному снижению ложных срабатываний. Если в этих устройствах функ­ция определения направления движения объектов является необязательной, то в системах управления транспортными потоками она необходима для исключения сигналов от удаляющихся автомашин.

Если такой доплеровский детектор исполь­зуется в устройствах охранной сигнализации, вибрации строительных конструк­ций могут вызвать большое количество ложных срабатываний Логическое устрой­ство должно исключать переменные сигналы, соответствующие вибрациям, и реа­гировать только на сигналы от движущихся объектов, таким образом, повышая на­дежность работы охранной системы.(А) (Б)Рис. 2. Блок-схема (А) и временные диаграммы (Б) микроволнового доплеровского датчика движения с функцией определения направления пе­ремещения

Микроволновый датчик должен отвечать всем строгим требованиям по электромагнитной совместимости (например, MSM20100 предъявляемым Федеральным Ко­митетом Информации (США) ). Подобные требования существуют во многих странах. Например, согласно OSHA 1910. 97, в частотном диапазоне 100 МГц ÷100 ГГц из­лучение датчика не должно превышать 10 мВт/см2 при работе со средним перио­дом опроса 0,1 час.

На основе микромощного импульсного радара мож­но реализовать достаточно эффективный детектор движения. Достоинствами та­ких детекторов являются низкое потребление мощности и почти полная незамет­ность для злоумышленников. Такой радар может быть спрятан внутри строитель­ных конструкций и, благодаря своей низкой излучающей мощности, не превыша­ющей мощность естественного теплового шума, его трудно обнаружить при помощи электронных устройств