Jaki czujnik ruchu wybrać i jakich błędów unikać? Poradnik dla każdego

Czujniki ruchu zagościły się w naszym życiu na dobre. Odpowiednie wytyczne są również zawarte w oficjalnych zaleceniach dotyczących projektowania instalacji elektrycznych np.: Norma SEP N SEP-E-002 podaje:

4.4 Oświetlenie pomieszczeń wspólnego użytkowania.

4.4.1. Dojścia i drzwi wejściowe do budynku, tablica domofonu oraz schody przed wejściem do budynku powinny być oświetlone w stopniu wystarczającym do niekłopotliwego korzystania z zainstalowanych tam urządzeń oraz bezpiecznego poruszania się w nocy. Jeśli miejsca te nie muszą być oświetlone w sposób ciągły, wskazane jest przewidzieć do ich załączania takie łączniki jak: wyłącznik zmierzchowy, czujnik ruchu lub inny, automatyczny sposób łączenia.

Oferta dostępnych czujników ruchu jest bardzo duża. Jak wybrać odpowiedni? Jakich błędów unikać? Na te pytania odpowiem w poniższym artykule.

Spis treści:

1. Czym jest czujnik ruchu?
2. Jakie są rodzaje czujników ruchu i jak one działają?
3. Co to jest czujnik obecności?
4. Czy czujnik ruchu lub obecności ma możliwość regulacji?
5. Montaż czujnika ruchu
6. Dobór czujnika ruchu
7. Czym sterują czujniki ruchu?
8. Czujniki ruchu w osprzęcie elektroinstalacyjnym
9. Czujniki w systemach alarmowych
10. Kamera jako czujnik ruchu
11. Podsumowanie

Czym jest czujnik ruchu?

Czujnik ruchu, czyli urządzenie, które po wykryciu ruchu wywoła określoną akcję np. włączy oświetlenie.

Jakie są rodzaje czujników ruchu i jak one działają?

W uproszczeniu można dokonać podziału czujników ruchu ze względu na zasadę działania:

• czujniki PIR,
• czujniki mikrofalowe,
• czujniki dualne,
• kamery.

Czujniki PIR zwane również czujnikami podczerwieni, wykrywają w miarę szybkie zmiany temperatury, które są interpretowane jako ruch. Są czujnikami pasywnymi - oznacza to, że nie nadają żadnych sygnałów, a jedynie odbierają sygnały napływające z otoczenia.

Jeśli w obserwowanym obszarze wystąpi zmiana temperatury, czujnik zinterpretuje go jako ruch np. załączy oświetlenie. Tego typu czujniki często są wzbudzane „fałszywym alarmem”. Jeśli w polu detekcji czujnika zaparkuje samochód (po długiej jeździe) ciepłe powietrze unoszące się z maski wzbudzi czujnik. Czujniki PIR działają skuteczniej gdy w obszarze detekcji panuje spora różnica temperatur.

Przykładowo czujnik PIR zamontowany na zewnątrz budynku. W pole detekcji czujnika wszedł człowiek (temperatura ciała człowieka wynosi około 36oC), czujnik o wiele lepiej zareaguje gdy na zewnątrz będzie zima (temperatura około 0oC) ponieważ różnica temperatur jest spora wynosi kilkadziesiąt stopni, niż latem gdy temperatura na zewnątrz wynosi 36oC, więc różnica temperatur jest niewielka około kilka stopni.

Czujniki mikrofalowe zwane również czujkami radarowymi są czujnikami aktywnymi. Wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne np. mikrofale o określonej częstotliwości, które odbite od otaczających przedmiotów powraca do czujnika. Jeśli w polu detekcji wystąpi ruch, fale odbite od poruszającego się przedmiotu wracają „zniekształcone”, co aktywuje czujnik, np. załącza światło.

Pewną cechą czujników „radarowych” jest wykrywanie ruchu przez niektóre drzwi lub ściany. Promieniowanie elektromagnetyczne przenika przez ściankę rigipsową lub cienkie drzwi. Dla jednych będzie to cecha korzystna, ponieważ po otworzeniu drzwi w pomieszczeniu jest już zapalone światło, dla innych będzie do wada, ponieważ światło się niepotrzebnie włącza.

W czujnikach najnowszej generacji producenci stosują fale elektromagnetyczne o częstotliwości, która nie przenika przez ściany i drzwi (należy zwrócić na to uwagę przy wymianie czujnika u osób które uważały tą cechę za pożądaną).

Czujniki mikrofalowe są bardzo czułe. Znam przypadki, w których reagują na uruchamiający się w lodówce agregat (niewielkie drgania lodówki). Również owady latające koło czujnika np. umieszczonego w plafonierze często wzbudzają czujnik.

Czujniki dualne są połączeniem dwóch rodzajów detekcji ruchu. Załączenie czujnika następuje dopiero wówczas, gdy oba rodzaje detekcji potwierdzą ruch. W czujniku dualnym, wykrycie ruchu tylko przez jeden rodzaj czujnika (np. podczerwieni) w momencie, gdy nie zostało potwierdzone przez czujnik mikrofalowy jest ignorowane. Dzięki temu ilość fałszywych załączeń jest ograniczona. Ze względu na zastosowana technologię (dwa czujniki) czujki dualne są nieco droższe.

Ze względu na rozwijającą się technologię, pisząc o czujnikach dualnych, nie określam konkretnych metod detekcji. Ważna jest zasada działania, a więc zadziałanie detektora ruchu (np. włączenie oświetlenia) będzie tylko w sytuacji gdy dwa rodzaje torów detekcji potwierdzą wykrycie ruchu.

Co to jest czujnik obecności?

Czujnik obecności to czujnik ruchu o bardzo dużej czułości. Jego zadaniem jest wykrycie nawet niewielkiego ruchu, jaki występuje w polu detekcji. Dobrze dobrany, zamontowany i wyregulowany czujnik obecności nie wyłączy np. oświetlenia gdy w pomieszczeniu występuje ruch osób.

Czy czujnik ruchu lub obecności ma możliwość regulacji?

Tak. W zależności od modelu oraz producenta czujniki można najczęściej regulować w zakresie trzech parametrów:

• natężenia oświetlenia – możemy określić poziom natężenia oświetlenia po przekroczeniu którego czujnik zacznie reagować na ruch. Przykładowo, jeśli chcesz, aby w korytarzu światło włączało się, gdy przechodzi człowiek, ale tylko wówczas gdy jest już wieczór i zapadnie zmierzch. Gdy w korytarzu będzie jasno czujnik nie będzie reagował na ruch zablokuje go wbudowany czujnik zmierzchu.
• zwłoki czasowej – można ustawić jak długo po zaniku ruchu czujnik ma mieć aktywne wyjście, czyli jaki czas po zaniku ruchu ma być zapalone światło.
• czułości – można określić wielkość pola detekcji w jakim czujnik reaguje na ruch. W zależności od czujnika pole detekcji można ograniczać mechanicznie lub elektronicznie.
• mechanicznie, za pomocą dostarczonych przez producenta przesłon lub naklejek. W ten sposób zawężamy obszar w którym czujnik reaguje na ruch.
• elektronicznie, za pomocą pokrętła lub mikroprzełączników dokonuje się regulacji czułości, co przekłada się na zasięg pola detekcji.

Montaż czujnika ruchu

Zwróć uwagę na poniższe schematy:

Upraszczając, w zależności od modelu i producenta, czujniki ruchu (choć wyglądać mogą podobnie), różnią się polem detekcji oraz czułością działania. Dobierając czujnik, należy zapoznać się z dokumentacją techniczną producenta, a następnie zastanowić się, w jakim miejscu zamontować czujnik, aby efektywnie wykorzystywać jego możliwości.

Podczas wyboru miejsca montażu czujnika uwzględnić należy, że warunki atmosferyczne takie jak mgła, śnieg lub deszcz mogą zakłócić działanie detektorów ruchu.

Fałszywe zadziałania np. włączenie oświetlenia lub alarmu w czujnikach PIR wywołać mogą źródła ciepła (np. grzejniki) lub zimna (np. klimatyzator) znajdujące się w polu detekcji czujnika.

Czujniki mikrofalowe mogą zostać wzbudzone przez liście roślin, które będą poruszać się pod wpływem unoszącego się z grzejników ciepła.

Zwróć uwagę, że przy każdym diagramie producenci podają wysokość montażu. Jest to bardzo ważny parametr, od którego zależy pole detekcji i w dużej mierze późniejsze zadowolenie inwestora.

Dobierając czujnik ruchu zawsze należy zapytać czy czujka będzie zamontowana wewnątrz czy na zewnątrz obiektu. Chodzi nie tylko o stopień ochrony przed wodą i pyłem IPXX, ale również o odporność na promieniowanie UV, które niszczy tworzywa sztuczne.

Obejrzyj krótki film omawiający zagadnienie.

Soczewka czujnika ruchu, często pokryta jest specjalnymi bardzo cienkimi, niewidocznymi dla oka ludzkiego filtrami, które mają za zadanie eliminować zakłócenia, które z kolei mogą aktywować czujkę np. promieniowanie IR zawarte w promieniowaniu słonecznym. Promieniowanie UV może uszkodzić soczewkę, jak również naniesione na nią filtry.

UWAGA!

Promieniowanie UV może wystąpić również wewnątrz pomieszczeń. W wielu procesach technicznych używa się promieniowania ultrafioletowego, również w placówkach medycznych część pomieszczeń dezynfekuje się za pomocą promieniowania UV.

Z której strony wystąpi ruch?

Czujnik ruchu w uproszczeniu odbiera otoczenie (obszar detekcji) jako obszar poprzecinany liniami skupiającymi się w czujniku. Przecięcie linii detekcji powoduje aktywację czujnika. Czym więcej linii zostanie przeciętych przez poruszający się obiekt, tym szybciej czujnik zostanie pobudzony np. załączy oświetlenie.

Przeanalizuj poniższą grafikę obrazującą omawiane zagadnienie.

W praktyce może okazać się, że dużo lepszy efekt uzyska się montując dwa czujniki, których pola detekcji wzajemnie się pokrywają.

Dobór czujnika ruchu

Zacznij od określenia swoich oczekiwań:

• określ obszar detekcji,
• w których miejscach czujnik ma wykrywać ruch, a w których obecność?
• określ w jakich kierunkach najczęściej będzie odbywał się ruch?
• zastanów się, jakie zakłócenia mogą wystąpić i dobierz odpowiedni rodzaj czujnika,
• określ wymagania odnośnie regulacji czujnika (co i w jakim zakresie chcesz regulować)?
• określ wymagania odnośnie ochrony przed pyłem i cieczami?
• sprawdź czy środowisko w którym montujesz czujnik jest narażone na promieniowanie UV,
• sprawdź zakres temperatur pracy czujnika w stosunku do spodziewanych temperatur w miejscu montażu.

Czy to wszystko? Niekoniecznie...

W wielu przypadkach istnieje konieczność montowania kilku czujników w obszarze jednego pomieszczenia. W takim wypadku warto sprawdzić czy czujniki mają możliwość wzajemnej komunikacji.

W ofercie wielu producentów znajdują się czujniki, które wzajemnie się komunikują. Jako przykład mogą posłużyć czujniki EE810, EE811, EE812 produkcji Hager. Przeanalizuj poniższy schemat:

Obszar detekcji

W momencie, gdy wymagane jest wykrycie obecności, należy dość szczegółowo zapoznać się z dokumentacją techniczną konkretnego czujnika. Często trzeba przeanalizować i porównać kilka czujników różnych producentów, co wiąże się z koniecznością poświęcenia czasu za który inwestor powinien zapłacić. Może wymagany jest duży zasięg. Zobacz na przykładzie omawianego wyżej czujnika z grupy EE810, EE811, EE812, pomimo że obszar detekcji ruchu jest stosunkowo duży, detekcja obecności realizowana jest w znacznie mniejszym obszarze.

Wysokość montażu ma znaczenie

W zależności od wysokości montażu, zmienia się obszar skutecznej detekcji. Na przykładzie sufitowego czujnika: EE810, EE811, EE812 przeanalizujemy jak zmieni się pole detekcji, gdy wysokość montażu zmienimy o 1 m. Wysokość montażu:

• 2,5 m – pole detekcji 91 m²
• 3,5 m – pole detekcji 162 m²

Czym sterują czujniki ruchu?

W uproszczeniu do tej pory pisałem o czujnikach jako o urządzeniach, które sterują oświetleniem i takie przykładowe czujniki omawiałem, ale pamiętać należy że detektory ruchu i obecności są powszechnie wykorzystywane np. w systemach alarmowych (kilka słów o tym w dalszej części artykułu).

Wracając do czujników ruchu jako do autonomicznych jednostek pamiętać należy, że na wyjściu większości czujek najczęściej znajduje się przekaźnik, do którego możemy podłączyć praktycznie dowolny odbiornik. Może okazać się, że będzie konieczność użycia elementu pośredniczącego np. innego przekaźnika lub stycznik.

Szczególną uwagę należy zwrócić na obciążenie jakie podaje producent. Zapis 16A niewiele nam mówi, jeśli nie ma określonej kategorii pracy np. AC-1; AC-3; AC-7a itd.

Rodzaj obciążenia ma dla przekaźnika kolosalne znaczenie. Zmiana źródeł światła z tradycyjnych żarówek na świetlówki liniowe lub LED może znacząco wpłynąć na obciążalność prądową przekaźnika. Zobacz na przykładzie czujnika ruchu Finder.

Przeanalizuj poniższą tabelę:

Zagadnienie wraz z przykładami zostało krótko opisane w artykule: Przekaźnik czy stycznik – na co zwrócić uwagę? Wspomnieć należy, że część czujników ma możliwość sterowania sygnałem: KNX, 0 – 10 V, itd. co znacznie poszerza możliwości. Można np. użyć ściemniacza EV100 lub EV102 sterowanego ustandaryzowanym sygnałem 0 - 10 V (możliwość podłączenia produktów różnych producentów działających w tym standardzie).

Czujniki ruchu w osprzęcie elektroinstalacyjnym

Większość producentów osprzętu elektroinstalacyjnego (gniazd i łączników) w swoich flagowych seriach posiada czujniki ruchu. Rozwiązania tego typu dobrze sprawdzają się na schodach, korytarzach czy innych pomieszczeniach w których czujnik jest dobrze dobrany do pola detekcji.

Podobnie jak w przypadku dotychczas omawianych czujników należy dobrać i wyregulować czujnik w zależności od indywidualnych potrzeb inwestora. Zaletą tego typu rozwiązań jest możliwość zamontowania czujnika w miejsce zwykłego łącznika światła (pod warunkiem odpowiedniego oprzewodowania doprowadzonego do puszki).

W ramach danego producenta jest przeważnie tylko kilka modeli czujników, które występują pod wieloma numerami referencyjnymi w różnych seriach. Różnice najczęściej polegają na kolorystyce oraz kształcie plakietki otaczającej czujnik i elektronikę, tak, aby pasowała do ramki danej serii.

Osprzętowe czujniki ruchu również mają różne sposoby detekcji ruchu.

Poniżej przykładowy czujnik mikrofalowy CM-4 oraz PIR 85341183.

Inwestorzy cenią sobie możliwość zmiany ramki, co daje czujnikowi nowy wygląd. Warto zauważyć, że niektóre czujniki tego typu posiadają wbudowany dostępny dla użytkownika przycisk, którym można przełączać funkcje czujnika lub sterować czujnikiem ręcznie.

Czujniki w systemach alarmowych

To temat na osobny artykuł. Wspomnieć należy, że o ile dotychczas omawiane czujniki działały autonomicznie, odbiornik np. żarówka mógł być podpięty bezpośrednio pod styk czujnika, o tyle w systemach alarmowych czujniki ruchu podłączone są do centrali alarmowej. Centrala analizuje przesłane przez czujniki sygnały i w zależności od konkretnej sytuacji włącza alarm, lub wysterowuje odpowiednie wyjście np. załącza.

Wyjścia centrali mają zazwyczaj możliwość podpięcia bardzo małego obciążenia np. ekspander wyjść INT-0 Satela ma obciążalność wyjść przekaźnikowych 2 A przy 24 V DC dla obciążeń rezystancyjnych. Oznacza to że do sterowania obwodami zasilanymi z 230 V należy użyć element pośredniczący w postaci odpowiednio dobranego przekaźnika, który załączy lub wyłączy docelowy obwód np. plafon z czujnikiem ruchu.

Czujniki ruchu używane w systemach alarmowych mają wiele dodatkowych funkcji np. antymasking (czujnik powiadomi, jeśli zostanie zasłonięty). W czujnikach alarmowych zwraca się uwagę na rodzaj użytej optyki (Fresnela lub lustrzana).

Czujniki możemy podzielić ze względu na ich pole detekcji na: szerokokątne, kurtynowe, dalekiego zasięgu. Zwracać uwagę należy również na sensor użyty do detekcji ruchu. W pasywnych czujnikach ruchu wyróżniamy: pyroelement, podwójny pyroelement, poczwórny pyroelement.

Miłośników psów ucieszy wiadomość, że dostępne są w sprzedaży czujniki ruchu, które umożliwiają pozostawienie w domu psa pomimo włączonego systemu alarmowego. Algorytmy zaczytane w czujniku ruchu nie będą reagowały na obecność naszego pupila. Czujniki tego typu dobiera się w zależności od wagi zwierzęcia.

Nieprzewidziane zachowanie kotów powoduje, że nie ma czujek które można by skutecznie zaprogramować tak, aby ignorowały obecność kota w pomieszczeniu.

Kamera jako czujnik ruchu

Ciągle rozwijająca się elektronika i analiza obrazu, przy odpowiednim zaplanowaniu instalacji pozwala użyć kamer w połączeniu z rejestratorem jako czujników ruchu. Taka opcja jest godna uwagi w momencie gdy monitoring jest zaplanowany jako część instalacji teletechnicznych. Wówczas można wykorzystać analizę obrazu do wysterowania odpowiedniego wyjścia które może np. włączyć oświetlenie, wysłać SMS lub wykonać inną zaplanowaną akcję.

Kamery umożliwiają również użycie innych funkcji, takich jak:

• wykrycie pozostawienia lub porzucenia obiektu,
• wykrywanie twarzy lub tablic rejestracyjnych czyli wykonanie określonej funkcji dopiero po rozpoznaniu osoby lub numerów rejestracyjnych.

Odpowiednio dobrane i zainstalowane kamery jako część instalacji monitoringu po zintegrowaniu z systemami kontroli dostępu lub instalacją elektryczną mogą służyć jako zaawansowane czujniki ruchu. Temat jest bardzo obszerny, a szczegółowe omówienie zagadnienia jest materiałem na kilka obszernych książek.

Podsumowanie

Dobierając czujnik ruchu warto kierować się kilkoma innymi parametrami niż tylko ceną. Cena jest pochodną jakości, w tym wypadku elektroniki, i oprogramowania (algorytmów) odpowiedzialnego za analizę obszaru detekcji i wywołanie akcji np. włączenie oświetlenia. Płacisz za to czego nie widać czyli np. odpowiednie filtry naniesione jako warstwy na optykę, które ograniczają ilość fałszywych zgłoszeń.

Nie ma jednej prostej recepty na dobór czujnika ruchu. Zacząć trzeba od wymagań inwestora, określenia miejsca montażu, a następnie porównanie dostępnych na rynku rozwiązań.

Część producentów do swoich czujników udostępnia możliwość zakupu dodatkowych akcesoriów np. pilotów do zdalnego programowania czujników ruchu np. EE806, lub różnego rodzaju uchwyty montażowe sufitowe np. EE827, lub narożne np. EE825, EE855.

Opracowanie nie wyczerpuje tematu, a jedynie w dużym uproszczeniu omawia wybrane zagadnienia.

Przeczytaj również poradnik "Monitoring wizyjny a prawo do prywatności. Co mówią przepisy (RODO, Kodeks cywilny, Kodeks karny)".

Piotr BibikSpecjalista ds. Inteligentnych budynków Menadżer Projektów Marketingowych na TIM.pl, specjalizujący się w systemach automatyki budynkowej. Branżę elektrotechniczną poznał niemal z każdej strony – od budowy przez zaopatrzenie, handel, aż po doradztwo. Tym doświadczeniem dzieli się podczas licznych szkoleń.