Добавим дачному свету органы чувств - Ик-датчик движения и другие датчики

Я недавно делал два обзора на разные светодиоды, которые применил в поделках по освещению дачи. Во всех этих решениях управление светом шло с телефона/компьютера, что далеко не всегда удобно… В этот раз принято решение снабдить полученные ранее светильники инструментом оценки ситуации, а контроллер механизмом принятия локальных решений. Помимо этого немного доработаем изготовленные ранее светильники. Любителей самоделок прошу под кат (осторожно много).

На муське уже был обзор данного датчика, мне хочется его немного дополнить и показать практическое применение. Помимо этого, мы затронем еще некоторые датчики, которые тоже внедрим в дачный свет.
Фото предмета обзора:


Описание продавца:
Цвет: белый + зеленый
Размер: 3.2 см x 2.4 см x 1.8 см (приблизительно)
Инфракрасный датчик контроля плате
Чувствительность и время проведения могут быть скорректированы
Рабочее напряжение Диапазон: DC 4.5 В-20 В
Потребляемый ток: <60ua
Выходное напряжение: высокий/низкий уровень сигнала: 3.3 В TTL выход
Расстояние обнаружения: 3-7М (можно отрегулировать)
Дальность обнаружения: <140 °
Время задержки: 5-200 S (может быть скорректирована, по умолчанию 5S +-3%)
Блокада время: 2.5 S (по умолчанию)
Триггер: l: Неповторяемые триггера H: Повторите Trigger (по умолчанию)
Рабочая температура: -20-+ 80 °C
Метод запуска: L неповторимый триггер/ч повторяемые триггера

Такие датчики часто называют PIR-sensor. PIR-sensor переводится с английского как Pyroelectric (Passive) InfraRed sensor — пироэлектрический (пассивный) инфракрасный сенсор. Пироэлектричество — это свойство генерировать определенное электрическое поле при облучении материала инфракрасными (тепловыми) лучами. Поэтому PIR датчики позволяют обнаруживать движение людей в контролируемой зоне, так как тело человека излучает тепло. Такие датчики малы по размеру, недороги, имеют низкое энергопотребление. Они просты в использовании и не изнашиваются. По этим причинам они применяются в большинстве промышленных датчиков движения. Специально подчеркну, чтобы избежать вопросы связанные с этим — датчик пассивный — а значит ничего не излучает, а только улавливает тепло объектов вокруг.

Не стоит располагать PIR-датчики в местах, где быстро меняется температура. Это приведет к тому, что датчик не сможет обнаруживать появление человека в контролируемой зоне, и будет много ложных срабатываний.

Пластиковый колпачок, являющийся линзой для расширения угла обзора сенсора, легко снимается, внутри выглядит так:

обратная сторона:


В обзоре этого устройства — тут, приведена принципиальная схема датчика и рассказано, где и чего нужно перепаять чтобы изменить режим его работы. Чуть поясню:
Датчик способен работать в двух режимах H и L (в данной версии для изменения необходимо хирурго-паяльное вмешательство для коммутации дорожек):

По умолчанию замкнуты контакты обеспечивающие режим H (в нашей поделке его и оставим).
Режимы:
Режим H — в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень.
Режим L — в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс.
Если Вам требуется режим L, нужно перерезать дорожку на H и кинуть перемычку на L.

С внешним (электрическим) миром датчик взаимодействует через 3 контакта:

VCC — питание (от 4.5 до 20 Вольт)
OUT — собственно выход обнаружения движения, при обнаружении движения формируется логический уровень 3,5 Вольта (независимо от питания)
GND — заземление

У датчика есть две крутилки (потенциометры меняющие параметры работы):

Первая обозначается Sx и определяет чувствительность прибора (грубо говоря расстояние на котором движение будет обнаружено).
Вторая — Tx — определяет промежуток времени, в течении которого на выходе OUT будет логическая 1 при обнаружении движения.

Помимо этого, к датчику можно подключить дополнительно фоторезистор и терморезистор, места подключения тут:


Датчик может работать без контроллера, просто подключив на его выход OUT транзистор и реле, либо иное решение коммутации. Но гораздо интереснее его использовать в связке с контроллером, появляются дополнительные возможности анализа и расширенное управление нагрузкой.

Так как датчик поставляется без корпуса, очень важны его размеры:





Я провел ряд экспериментов и выяснил:
— максимальная дальность обнаружения движения под прямым углом к сенсору составила 6,7 метров
— под углом в 160 градусов — 5 метров
— крутилка Sx — меняет расстояние обнаружения под прямым углом с 2,8 до 6.7 метров
— крутилка Tx — меняет время удержания 1 на выходе OUT c 6 до 290 секунд

Этих данных думаю достаточно для большинства поделок.

Теперь собственно к применению… В обзоре про освещение веранды я остановился на управлении через сеть (с телефона или компа), при этом написал что планирую подключить датчики движения, и даже проложил для них телефонные провода, выглядело это так:

На деревянном выступе, ближе к дому, просто просверлил дырки и вытащил сантиметров по 50 провода. Так как размеры веранды больше зоны покрытия одного датчика, то нам потребуется их 2. Я отступил с каждого торца веранды по 1,5 метра, расположив там место подключения датчиков.

Помимо информации о движении нам нужна информация о необходимости света, то есть показатель освещенности. Я писал выше, что предмет обзора имеет места пайки фоторезистора, но я предпочел подключить его к контроллеру независимо. Пайка фоторезистора на PIR сенсор целесообразна, наверное только при автономной его работе (без контроллера).

В 4-х жильном телефонном кабеле два проводка задействуем для питания, один для распознавания яркости внешнего света и еще один для PIR-сенсора.

Нашему гибридному датчику нужен корпус, я решил поместить все это в распаячную коробку, купленную в леруа:

тем более, что цвет оказался очень близким к цвету пропитки дерева веранды. На самом деле, коробка немного великовата для нашей задачи, но в данном случае не критично, да и меньшая коробка того же типа имеет крепеж в виде сквозного самореза по центру — что совсем не позволит разместить наш датчик.

Диаметр шарика-линзы 23 мм, у меня было перьевое сверло только на 22 мм, поэтому высверливал отверстие им, предварительно просверлив тонким сверлом дырочку в размеченном месте. Конечно же шарик не захотел входить туда до упора, поэтому доработал отверстие надфилем, после доработки стало все нормально.

с противоположенного торца просверлил две дырочки для фоторезистора:

Место для фоторезистора следует выбирать так, чтобы как можно меньше на него попадал искусственный свет, иначе он будет вводить в заблуждение контроллер, сообщая что уже светло, основываясь на свете от управляемых контроллером источников света. Мой фоторезистор:


Примеряем наш датчик и фоторезистор:

Убедившись, что все хорошо собираем устройство:

Проводки питания и земли нужны и фоторезистору и PIR-датчику, поэтому их раздваиваем. Сигнальный провод, землю и питание напрямую подаем на PIR датчик. Сигнальный провод идущий к фоторезистору необходимо подтянуть к земле резистором в 10 кОм и подать на первый вывод фоторезистора, на второй подается питание (5 Вольт в данном случае).

По просьбам нарисовал схемку в том, что попалось под руки, главное все понятно:


Тестируем работу на макете и делаем точно такое же второе устройство.

Теперь монтируем коробочки на приготовленные для них места, коммутируем проводки в ящике с контроллером и выходим на этап отладки программы. Я принял решение использовать следующий алгоритм:
— Датчики освещенности постоянно опрашиваются (их у меня 2 для устранения возможных фонариков или еще каких нежелательных эффектов, смотрят они в разные стороны) и если освещенность выраженная безразмерным числом превысит заданную для обоих датчиков, то начинают проверяться датчики движения. Если хоть один из них выдал 1, то если свет не был включен — он включается, и, независимо от включения света, запоминается время последней активности. Если в течении заданного интервала времени не было ни одного движения свет выключится. Интервал я выбрал 10 минут, моргания при отходе за дровами или по другим недолгим делам мне не хотелось, в то же время, сложно предположить что человек в темное время суток сумеет сидеть на веранде неподвижно более 10 минут, даже если предположить такое — вряд ли ему помешает отключение света. Порог освещенности подобрал экспериментально — 100.

Тестируем и наслаждаемся автоматическим управлением светом на веранде. Вот так выглядят коробочки на потолке:


Ну и свет — не менялся с фотки прошлого обзора (так как мы здесь добавили только управление):

Справа на потолке видны наши новые коробочки.

Конечно же я предусмотрел возможность отключить с телефона всю автоматику, переведя управление светом в ручной режим. Например, если в зале спят люди и мне не хочется им мешать светом с веранды, я могу: отключить автоматику, включить одну лампу над дверью и выйти по своим делам, возможна и куча других вариантов.

Помимо освещения веранды, у меня совсем недавно был обзор светодиодов, которые легли в основу настольной лампы. При этом настольная лампа также включалась с компьютера или телефона, что далеко не всегда удобно… Я планировал сделать кнопки… Но что-то мне совсем расхотелось, что-то нажимать :). Я решил применить ультразвуковой измеритель расстояния, для такого благого дела как включение и выключение лампы. Брал я этот датчик тут.

это наверное самый дешевый и популярный датчик измерения расстояния.

Этот прибор определяет расстояние до объектов точно так же, как это делают дельфины или летучие мыши. Он генерирует звуковые импульсы на частоте 40 кГц и слушает эхо. По времени распространения звуковой волны туда и обратно можно однозначно определить расстояние до объекта.

Основное его достоинство перед инфракрасными определителями расстояния: отсутствие влияния засветок от солнца или ошибки в определении расстояния при разных цветах предмета. Недостатки: пушистые предметы поглощают волны и могут не определиться, размеры предметов должны быть сравнительно крупными.

В контексте нашего применения, я решил разместить прибор сбоку полки-светильника, чтобы если провести рукой рядом с полкой — светильник изменит свое состояние на противоположенное… Руки у меня и у моей семьи особой пушистостью не отличаются, соломинками включать также не планируем — то есть подходит.

Прибор имеет 4 вывода:
VCC — питание
TRIG — цифровой вход для инициализации измерений
ECHO — цифровой выход для получения результата (длительность единичного сигнала пропорциональна расстоянию до объекта)
GND — земля

Для arduino есть библиотека, которая делает взаимодействие с прибором очень простым.

Размеры:

Диаметр сенсора 16мм.

Благодаря вашим комментариям, я решил доработать немного полку-светильник. А именно, покрасить внутреннюю часть в белый цвет для большей отдачи света. Однако сунувшись за остатками белой краски в сарай, обнаружил там кристаллизовавшуюся массу… Но зато нашел металлизированный скотч, которым и оклеил всю внутреннюю поверхность светильника:

Справа видны отверстия под ультразвуковой сенсор. Собираем конструкцию:


Вставляем наш сенсор и собираем полностью, крепим к стене.

Вид не отличается от прошлого обзора, только сбоку добавились две дырочки:


Свет после доработки (слева), прежний справа:

фотик как-то выравнивает и показывает меньше света чем есть, по ощущениям рост порядка 20%.

В программе я задал, что если расстояние до предмета менее 15 см, то лампа изменит состояние на противоположенное (была включена — выключится, была выключена включится). Чтобы избежать мгновенных переключений туда-сюда (биений из-за скорости опроса), поставил задержку смены состояния — 2 секунды. Протестировал — очень удобно: провел рукой рядом с лампой — она включится, еще раз провел выключится. Лампа при этом не пачкается, а я могу там разные штуки делать и руки не всегда чистые. Сенсор я расположил таким образом, чтобы всячески исключить ложные срабатывания.

Далее собираем все в нашем ящичке:

Там уже состояние близкое к бардаку, но я еще не креплю проводки, когда будет к финишу по функционалу — тогда и займусь, так как проводки крепятся стяжками к пятачкам, то при любом добавлении потребуется все срезать — хочется делать это не так часто. Выбранная мега несмотря на нагрузку имеет еще очень много свободных ресурсов, на которые впрочем у меня конечно есть планы.

Читатели любят видеть код этапа и я его конечно тут выложу, но предупрежу что пока это только работающий набросок, по нормальному все причешу немного позже. Собственно код.

Спасибо тем кто дочитал до конца! Надеюсь я не сильно Вас утомил, и обзор окажется кому-то полезным!