Niestraszne nam ściany – mikrofalowy czujnik ruchu

Mamy już za sobą omówiony jeden typ czujników ruchu (PIR), który bazował na wykrywaniu ciepła (tutaj i tutaj). Jest to bardzo powszechne i najpopularniejsze rozwiązanie, lecz nie pozbawione wad:

• Może wykrywać ciepło (a zatem i „ruch”) pochodzące z innych źródeł niż człowiek.
• Ze względu na pasywność pomiaru (nie wysyła żadnego sygnału), nie jest w stanie przeniknąć przez osłony (chyba, że spoza osłony wydobywa się ciepło generowane przez człowieka), drzwi, ścianki.

Omówimy sobie dzisiaj mikrofalowe czujniki ruchu, które ww. wad nie posiadają (mają natomiast inne cechy 🙂 ) i stanowią uzupełnienie w rynku czujników ruchu, dzięki czemu możemy dopasować urządzenie do własnych potrzeb.

Zasada działania

W przeciwieństwie do PIRa, czujnik mikrofalowy jest elementem aktywnym. Oznacza to, że w celu ustalenia czy odbywa się ruch w obserwowanym obszarze, wysyła on w eter sygnał o bardzo wysokiej częstotliwości. Fala elektromagnetyczna odbija się od różnych elementów i częściowo powraca do czujnika. Jeżeli w „polu widzenia” czujki znajduje się poruszający się obiekt, powrotny sygnał będzie zniekształcony, zmieni się częstotliwość, zmieni się przesunięcie w fazie nadawanej fali (jeśli nie wiesz co to do końca oznacza nie przejmuj się, zakoduj sobie, że sygnał będzie inny).
Jeśli zniekształcenie będzie zbyt duże, czujka uzna, że w jej obrębie, ktoś lub coś się przemieszcza. No właśnie, może i czujka nie bazuje na wykrywaniu ciepła, dzięki czemu nie wykryje „ruchu”, którym jest w rzeczywistości ciepłe powietrze wydobywające się z kratki wentylacyjnej, z drugiej strony jednak, wykryje każdy ruch, nawet nieorganiczny (nie pochodzący od istoty żywej). Może to być przyczyną powstawania fałszywych alarmów (np. drgania/falowanie rolet przy uchylonym oknie). Pół biedy jeśli tylko zapalamy czujnikiem światło (choć i to może wkurzać), jeśli natomiast używamy takiej czujki w systemie alarmowym źle ją spozycjonujemy i ustawimy zasięg czujki, system alarmowy może nas przyprawić o palpitacje serca.

Kolejną właściwością jest możliwość wykrywania ruchu przez drzwi, cienkie ściany lub inne mniejsze przeszkody. Jeśli oczywiście ustawimy odpowiednie wzmocnienie. Możemy to w swojej aplikacji wykorzystać i zapalać światło gdy tylko osoba podejdzie do drzwi, zanim czekać aż otworzy je i spotka się twarzą w twarz z czujnikiem.

Teoretyczną wadą tego typu czujników zasilanych bateryjnie jest działanie w interwałach czasowych (w celu oszczędności żywotności baterii), co może wpłynąć na skuteczność wykrywania ruchu. Wszystkie testowane przeze mnie czujniki są zasilane „przewodowo” zatem tutaj nie zaobserwujemy tego problemu.

Mikrofalowe czujniki ruchu działają najlepiej jeśli obiekt porusza się w ich stronę lub od nich oddala. Poruszanie się wzdłuż czujnika daje najgorsze rezultaty detekcji (i to też sprawdzimy). W przypadku czujników PIR jest dokładnie na odwrót.

Liczy się wnętrze?

W poprzednim artykule omawiałem na jakie parametry zwracać uwagę i co oznaczają symbole obrazkowe na opakowaniach czujników (tutaj). Zatem ten temat tutaj zostawiamy.

Tym razem do dyspozycji mam trzy czujki:

• CM-1 – kąt działania 180º
• CM-3 – kąt działania 360º
• AE-SRC812 – kąt działania 360º (wersja mini)

Każda czujka posiada trzy parametry do regulacji:

• Czas załączenia (TIME) [zakres 10s – 12min] – czas po wykryciu ostatniego ruchu jaki musi minąć, żeby czujnik rozłączył obwód. Przykładowo, jeśli ustawimy czas na 10s, to po wykryciu ruchu lampa natychmiast się zaświeci, a zgaśnie po 10 sekundach od momentu, gdy przestaniemy się ruszać lub wyjdziemy z pomieszczenia.
• Natężenie światła (LUX) [zakres 3 – 20000lux] – Poziom natężenia światła poniżej którego czujnik zaczyna działać. Przydatne jeśli chcemy zapalać światło tylko wtedy, gdy jest ciemno (lub nie jest odpowiednio jasno).
• Czułość (SENS) [zakres 1 – 8m] – pozwala określić zasięg działania czujnika.

Generalnie identycznie jak w czujkach podczerwieni, z tym że tutaj w każdym czujniku obecny jest parametr regulacji czułości. W przypadku tych czujników jest bardzo ważne, żeby dostosować zasięg działania czujki i żeby nie patrzyła nam zbyt daleko przez drzwi lub ścianę.

Podłączamy

Podłączenie odbywa się identycznie jak w przypadku czujników ruchu PIR (link). Wyjątkiem, a w zasadzie urządzeniem posiadającym drobną modyfikację jest czujnik CM-3. Zamiast 3, posiada on 4 zaciski, z czego dwa funkcjonalnie są przeznaczone dla przewodów neutralnych. Dzięki czemu można podłączyć i przewód neutralny zasilający i przewód neutralny podłączony do lampy (hurra! Nie trzeba stosować złączki 🙂 ). Dlaczego tylko w tym czujniku, zapytasz? Może dlatego, że w jego przypadku nie ma miejsca na umieszczenie wewnątrz jego obudowy dodatkowej złączki.

Kolejną ciekawostką jest zastosowana technologia zacisków przewodów. W dwóch czujnikach (360º) zastosowano szybko złączki, które wystarczy przycisnąć śrubokrętem płaskim, wsunąć przewód i zwolnić śrubokręt, żeby przewód dobrze trzymał.
Trzeba tylko mieć się na baczności, żeby obrobiona końcówka przewodu nie była zbyt krótka i – nie trzymana trwale – nie wyleciała przy pierwszej lepszej okazji z objęć zacisku. Poniżej szybki foto-poradnik z tej operacji 🙂 .

CM-1

Czujnik CM-1 z konstrukcji jest bliźniaczo podobny do czujnika PIR CR-1. Różnice są dwie:

• Zamiast półprzeźroczystej osłonki od frontu, jest – identyczny jak cała obudowa – nieprzeźroczysty plastik (sygnał przenika przez plastik jak nóż przez jogurt)
• Jak wspomniałem wcześniej, mamy do dyspozycji regulację czułości działania czujnika w zakresie od 1 do 8m.

Kąt widzenia, podobnie jak u bliźniaczego kolegi wynosi 180º, zasilanie 230V, stopień ochrony obudowy to IP44 (możemy zamontować go na zewnątrz, najlepiej pod daszkiem), mocowanie na ścianie lub suficie. Dla potwierdzenia dwie fotki. 🙂

CM-3

Kształt obudowy sugeruje już, że czujnik ten jest dookólny. Patrzy w każdą stronę. Raczej do montażu sufitowego, a już na pewno do montażu tylko wewnątrz pomieszczeń ponieważ stopień ochrony obudowy wynosi IP 20 (brak jakiejkolwiek ochrony przed wodą).

Na zdjęciach są widoczne wspomniane wcześniej 4 zaciski. W mojej instalacji nie potrzebuję jednak dwóch zacisków dla przewodów neutralnych, ponieważ w przygotowanym wcześniej stanowisku, połączeń dokonałem po drugiej strony płyty.

AE-SRC812

Jest to wersja kompaktowa czujnika 360º. Inaczej jednak rozwiązano konstrukcję niż w przypadku kompaktowego czujnika ruchu PIR, który posiadał odseparowany od głównej jednostki miniaturową zewnętrzną sondę.
Tutaj takiej sondy nie uświadczymy, a to dlatego, że (wałkujemy to cały artykuł 🙂 ) mikrofalowy czujnik ruchu możemy ukryć:

• ponad podwieszony sufitem,
• w specjalnie do tego przygotowanej obudowie,
• gdziekolwiek (no byle nie za żelbetowym kilkucentymetrowym murem).

Nie posiada on żadnej dodatkowej osłonki na listwę zaciskową, ponieważ nie ma takiej potrzeby, czujnik i tak w założeniach ma pozostać w ukryciu.

Testujemy

Zmodyfikowałem nieco stanowisko testowe i zamontowałem w nim naszych trzech bohaterów.
Wykonamy w sumie 4 testy:

• Podstawowy test działania
• Działanie za drobną przeszkodą
• Poruszanie równoległe i prostopadłe do czujników
• Działanie czujników przez ścianę

Wszystkie testy wykonywałem przy stałych ustawieniach (zmianę tych parametrów sprawdzałem przy okazji testowania czujek PIR):

• poziomu jasności do działania w dowolnych warunkach oświetleniowych,
• czasu załączenia przekaźnika – 10s

Podstawowy test działania

Podpiąłem czujki, ustawiłem czułość na minimum (1m) i sprawdziłem czy wykryje przechadzającego się osobnika. Tyle 🙂 .

Działa!

Działanie za drobną przeszkodą

Ustawiłem drobną kartonową czyli nieprzeźroczystą przeszkodę, czyli coś co dla czujnika ruchu podczerwieni stanowi niezły hardkor. Sprawdzimy jak sobie poradziły czujniki mikrofalowe.

Taka przeszkoda nie stanowi dla nich problemu. Jest to właściwość którą zawsze trzeba mieć na uwadze podczas projektowania rozmieszczenia czujek.

Poruszanie równoległe i prostopadłe do czujników

Mówią na mieście, że czujniki ruchu PIR najlepiej sobie radzą z poruszaniem się obiektu równolegle w stosunku do czujnika, natomiast w mikrofalowych czujkach jest inaczej i najlepsze efekty uzyskujemy, gdy poruszamy się w kierunku czujnika (lub się od niego oddalamy). Mówię „sprawdzam”!

Poziom czułości czujników: średni (4m), a następnie maksymalny (8m).

Rzeczywiście przy ruchu równoległym dwie czujki nie radziły sobie zbyt dobrze. Jednak trzeba tu oddać sprawiedliwość, że ruch równoległy wykonywałem jedynie ręką.
Przemieszczając się całym ciałem w takim kierunku, czujniki reagują lepiej (co zresztą widać w pierwszym teście) prawdopodobnie ze względu na gabaryty obiektu. Tak czy inaczej warto to ograniczenie mieć na uwadze i tak instalować czujniki, żeby ruch równoległy w stosunku do czujnika był bardzo mało prawdopodobny lub wręcz niemożliwy.

Działanie czujników przez ścianę

Stoję za ścianą w odległości ok. 4m od czujników, kręcę ścianę z komórki i przy użyciu aparatu „obserwuję” czy coś się w drugim pomieszczeniu dzieje 🙂 .

Poziom czułości: maksimum (8m)

Jak widać na załączonym obrazku, czujniki radzą sobie zarówno z 50mm ścianą wykonaną z płyty kartonowo-gipsowej jak i drzwiami wykonanymi ze sklejki. Kwestia ustawienia odpowiedniej czułości.

Podsumowanie

Mikrofalowe czujniki ruchu są… inne niż czujniki ruchu podczerwieni. Nie da się ukryć, technologia działania jest odmienna. Mają swój zestaw cech, które w określonych warunkach można wykorzystać. W tym wykrywanie wszystkich obiektów bez względu na sygnaturę cieplną, przenikanie sygnału przez ściany (raczej z „kartongipsu”), dzięki czemu istnieje możliwość całkowitego ukrycia czujnika przed wzrokiem (estetycznie fajnie, ale podczas montażu należy wziąć pod uwagę sytuację ewentualnego uszkodzenia czujnika i jego wymiany).
Mają jednak czasem problem z wykryciem małego obiektu, który porusza się równolegle do czujki oraz mogą generować fałszywe alarmy choćby przez drgania żaluzji wywołane uchylonym oknem.

Czujki mikrofalowe dobrze uzupełniają segment czujników ruchu. W systemach alarmowych oferowane są nawet hybrydy posiadające zarówno czujnik ruchu PIR jak i MW (mikrofalowy). Aby wykryć ruch (intruza!), muszą zadziałać obie czujki. Ma to na celu zniwelowanie fałszywych alarmów, które mogą pojawić się zarówno w jednej jak i w drugiej technologii wykonania.