Датчики умного дома
Обзор принципов работы и конструкций датчиков, используемых при построении системы "Умный дом"
Датчики - это устройства, которые преобразуют какую-либо физическую величину в электрический сигнал. Чаще всего не электрическую - в электрическую.
Физическими величинами являются: температура, влажность, освещенность, давление, громкость звука и др.
Датчик состоит из нескольких элементов (рисунок 1):
- первичного преобразователя - преобразует физическую величину (ФВ) в параметр электрический цепи (чаще всего в сопротивление),
- измерительная схема - преобразует параметр электрический цепи в электрический сигнал (чаще всего в ток или напряжение),
- аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) - преобразует электрический сигнал, который является аналоговым (АС) в цифровой сигнал (ЦС).
А уже полученный аналоговый (АС) в цифровой сигнал (ЦС) поступает в систему управления.
Физическими величинами являются: температура, влажность, освещенность, давление, громкость звука и др.
Датчик состоит из нескольких элементов (рисунок 1):
- первичного преобразователя - преобразует физическую величину (ФВ) в параметр электрический цепи (чаще всего в сопротивление),
- измерительная схема - преобразует параметр электрический цепи в электрический сигнал (чаще всего в ток или напряжение),
- аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) - преобразует электрический сигнал, который является аналоговым (АС) в цифровой сигнал (ЦС).
А уже полученный аналоговый (АС) в цифровой сигнал (ЦС) поступает в систему управления.
Рисунок 1
Рассмотрим некоторые виды датчиков, применяемых в системах умного дома.
Датчик температуры
Первичным преобразователем температуры в этих датчиках является терморезистор, который изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей его среды. На рисунке 2 приведен пример терморезистора NTC-MF52.
На первых двух изображениях рисунка 3 приведены датчики температуры, в которых кроме терморезисторов имеются схемы измерения. На последних двух изображениях рисунка 3 показан автономный датчик температуры в разобранном и собранном состояниях. В нем кроме терморезистора и схемы измерения имеется АЦП, передатчик и батарейка.
На первых двух изображениях рисунка 3 приведены датчики температуры, в которых кроме терморезисторов имеются схемы измерения. На последних двух изображениях рисунка 3 показан автономный датчик температуры в разобранном и собранном состояниях. В нем кроме терморезистора и схемы измерения имеется АЦП, передатчик и батарейка.
Рисунок 2
Рисунок 3
Датчик освещенности
Первичным преобразователем освещенности является фоторезистор, который изменяет свое сопротивление в зависимости от освещенности прибора. На рисунке 4 приведен пример фоторезистора GL5516.
На рисунке 5 слева приведен датчик уличного монтажа оснащенный фоторезистором и схемой измерения. На рисунке 5 справа - автономный датчик освещенности. В нем кроме фоторезистора и схемы измерения имеется АЦП, передатчик и батарейка.
На рисунке 5 слева приведен датчик уличного монтажа оснащенный фоторезистором и схемой измерения. На рисунке 5 справа - автономный датчик освещенности. В нем кроме фоторезистора и схемы измерения имеется АЦП, передатчик и батарейка.
Рисунок 4
Рисунок 5
Датчик влажности и протечки воды
Первичным преобразователем, реагирующим на воду является пластина, на которой расположены две разомкнутые, токопроводящие полосы. При попадании на такую пластину воды (водного раствора солей) сопротивление между пластинами уменьшается и можно выявить наличие воды. На рисунке 6 приведен пример такого датчика.
На рисунке 7 показаны датчики, имеющие в своем составе как первичные преобразователи так и схемы измерения, и АЦП. Перечислим их слева направо: датчик затопления, датчик влажности почвы и два датчика влажности воздуха.
На рисунке 7 показаны датчики, имеющие в своем составе как первичные преобразователи так и схемы измерения, и АЦП. Перечислим их слева направо: датчик затопления, датчик влажности почвы и два датчика влажности воздуха.
Рисунок 6
Рисунок 7
Кроме того датчик влажности воздуха входит в датчик температуры, приведенный на правом изображении рисунка 4. В датчик влажности, показанный на правых двух изображениях рисунка 8 входит датчик температуры. То есть эти датчики являются универсальными датчиками параметров окружающей среды.
Датчик наличия газов в воздухе
Первичным преобразователем, реагирующим на наличие в воздухе определенного газа является пластина прибор реагирующий на теплофизические или химические параметры газа. Эти приборы достаточно сложны и имеют различные принципы действия, но результат их работы сводится к изменению сопротивления в зависимости от концентрации газа в воздухе. Датчики могут реагировать на метан, пропан, этанол, угарный, углекислый и др. газы. На рисунке 8 приведен пример датчика газа метана MP-4.
На рисунке 9 показаны датчики, имеющие в своем составе первичные преобразователи, схемы измерения, АЦП и устройства звуковой, световой и цифровой индикации.
На рисунке 9 показаны датчики, имеющие в своем составе первичные преобразователи, схемы измерения, АЦП и устройства звуковой, световой и цифровой индикации.
Рисунок 8
Рисунок 9
Датчик открытия дверей/окон
Первичным преобразователем, реагирующим на открытие дверей или окон является геркон. Это прибор, представляющий собой два разомкнутых контакта, помещенных в герметичный стеклянный корпус. При поднесении к прибору магнита контакты геркона замыкаются. Для реализации датчика на раму окна или двери устанавливается геркон, а на створку - магнит. Когда открывается дверь или окно происходит размыкание контактов геркона. На рисунке 10 приведена конструкция геркона, находящегося рядом с магнитом.
Рисунок 10
На рисунке 11 показан внешний вид промышленно выпускаемых датчиков открытия дверей и окон.
Рисунок 11
Датчик разбития стекла
Разбитие стекла сопровождается громким звуком. Поэтому первичным преобразователем для такого прибора будет микрофон. На рисунке 12 приведен пример микрофона, используемого в таком датчике.
На правом изображении рисунка 13 показано устройство датчика разбития стекла, на котором виден микрофон, на двух правых рисунках приведен пример корпусов таких датчиков.
На правом изображении рисунка 13 показано устройство датчика разбития стекла, на котором виден микрофон, на двух правых рисунках приведен пример корпусов таких датчиков.
Рисунок 12
Рисунок 13
Датчик движения
Чаще всего первичным преобразователем в этих датчиках является инфракрасный сенсор. Он реагирует на изменение теплового поля в помещении. Перед сенсором устанавливается пластмассовая линза Френеля, обеспечивающая заданное пространство, реакция на изменение котором приводит к срабатыванию датчика. На рисунке 14 приведены примеры датчиков движения.
Рисунок 14
Сигналы с датчиков
Сигналы с датчиков могут быть аналоговыми либо дискретными.
Аналоговый сигнал пропорционален измеряемому сигналу и применительно к системе, строящейся на микроконтроллере Arduino, может принимать значения от 0 до 5 В (график 1 рисунка 15).
Аналоговый сигнал пропорционален измеряемому сигналу и применительно к системе, строящейся на микроконтроллере Arduino, может принимать значения от 0 до 5 В (график 1 рисунка 15).
Рисунок 15
Дискретный сигнал получается с датчика на котором имеется переменный резистор настройки так называемой уставки. Он показан на левом изображении рисунка 16. При этом когда сигнал с датчика достигает значения уставки происходит переключение дискретного входа на противоположное состояние (правое изображение рисунка 16).
Рисунок 16
