Spis treści:
Zabezpečovací systémy, osvětlení místností, kamerové systémy a dokonce i interaktivní reklamní systémy – zjistěte, kde všude se používají moderní snímače pohybu a jak fungují.
Detektory pohybu si většina z nás nejprve spojí s malými zařízeními, která se obvykle instalují do rohů místností a jsou propojena se zabezpečovacími systémy. A přestože ochrana proti vloupání je skutečně jednou z nejdůležitějších aplikací detektorů pohybu, spektrum možných aplikací těchto prvků rozhodně nekončí ochranou proti zlodějům. Různé typy senzorů se od sebe zásadně liší, a to jak z hlediska principu fungování, tak i výsledných možností a technických parametrů. V některých případech postačí triviálně jednoduchý detektor za (doslova) pár korun, jindy je zapotřebí složité hybridní zařízení s určitým stupněm vlastní “inteligence”. V našem článku se dozvíte, jaké metody detekce pohybu má moderní elektronika k dispozici a jak je můžete využít ve svých projektech.
Obecné principy detekce pohybu
“Pohyb je život” – toto známé rčení sice dokonale popisuje základ mnoha fyziologických procesů probíhajících v živých organismech, ale je také výborným úvodem k pochopení technologie rozpoznávání přítomnosti. Právě pohyb odlišuje lidi (a zvířata) od “pozadí” – ani při upřímné snaze nejsme schopni zůstat příliš dlouho v naprostém klidu, což by nám znemožňovalo dýchání nebo dynamika procesu aktivního udržování rovnováhy (náš mozek řídí polohu těla pomocí kosterního svalstva, přičemž využívá zpětnou vazbu v podobě signálu z bloudivého nervu, takže i když stojíme zcela nehybně, stále vykonáváme nějaké drobné, mimovolní pohyby). Všechny techniky, které jsou schopny bezkontaktně detekovat změny polohy objektu, lze tedy použít k detekci osob v dané zóně, ale – což je zajímavé – jedna z nich je vhodná téměř výhradně pro tento účel, přičemž zůstává necitlivá na většinu neživých prvků. Pravděpodobně již tušíte, že se jedná o metodu založenou na pasivním infračerveném záření.
PIR senzory - konstrukce a princip činnosti
Senzory PIR (z anglického Passive InfraRed) jsou založeny na speciálních optických detektorech, které jsou citlivé na záření ve střední infračervené oblasti (tj. elektromagnetické vlny v rozsahu několika mikrometrů). Pro nás samozřejmě zůstává tento spektrální rozsah zcela neviditelný (schopnosti lidského oka končí přibližně na 750 nanometrech, tj. ¾ mikrometru), ale pro senzory PIR je střední infračervená oblast dokonale viditelná. A právě v tomto rozsahu se nachází tepelné záření generované lidským tělem – pro přesnost je třeba připomenout, že každý objekt s teplotou nad 0 K (tj. tzv. absolutní nula) produkuje určité množství infračerveného záření, samozřejmě v závislosti na teplotě).
U senzorů PIR však není ani tak důležitá konkrétní vlnová délka nebo intenzita vyzařovaného infračerveného záření, ale… změna signálu ve vztahu k “chladnému” pozadí – pokud je objekt o teplotě 37 oC (člověk) se pohybuje například proti zdi rychlostí 22 km/h. oC, bude senzor schopen “vidět” změnu signálu – po vhodném zesílení a prahování (pomocí komparátoru) bude detektor generovat výstupní signál, který lze použít například k aktivaci poplašné sirény nebo ke spínání relé pro ovládání osvětlení schodiště.
Senzor PIR tedy nebude reagovat například na pohyb lopatek ventilátoru (které jsou blízko okolní teploty), ale zjistí přítomnost psa nebo kočky, kteří se pohybují v oblasti “sledované” detektorem. Důležité je, že pohyb, který se odehrává přesně ve směru senzoru, může zůstat nepovšimnut – protože je nutné přesunout “teplý objekt” z jedné části zorného pole do druhé (např. zprava – doleva). To je právě jedna z hlavních nevýhod senzorů PIR.
Senzory pohybu založené na Dopplerově jevu
Rakouský fyzik Christian Andreas Doppler zjistil, že frekvence vlnění zdroje pohybujícího se vůči statickému pozorovateli se mění v závislosti na směru a rychlosti pohybu. Tento jev platí – což je důležité – jak pro vlny akustické (včetně ultrazvukových), tak pro elektromagnetické, což umožňuje jeho využití při detekci pohybu. V případě ultrazvukových snímačů vytváří piezoelektrický snímač paprsek vln o frekvenci vyšší, než je šířka pásma slyšitelná pro člověka (obvykle kolem 40 kHz) – pokud se objekt (např. člověk) přiblíží ke snímači (nebo se od něj vzdálí), vlny odražené od jeho těla a vracející se do přijímacího snímače budou zaznamenány s mírně odlišnou frekvencí, která je základem pro vydání aktivního stavu na výstupu snímače.
Mikrovlnné radary pracují na obdobném principu, ale v tomto případě máme místo piezoměničů antény a místo ultrazvuku elektromagnetické vlny o frekvenci několika až několika desítek gigahertzů. V obou případech je detekce založena na odrazu vln, takže pro detekci není důležité, zda se v poli sledovaném senzorem pohybuje osoba nebo technický objekt (např. vozík nebo automobil).
Aplikace detektorů pohybu
Jak jsme již zmínili, detektory pohybu se používají v široké škále aplikací. Nejdůležitější jsou samozřejmě poplašné systémy a ovladače pro užitkové osvětlení (osvětlení schodiště, kuchyňského nábytku, toalet nebo chodeb). Senzory PIR a mikrovlnné radary se také hojně používají v regulátorech ventilátorů, klimatizacích nebo jiných systémech domácí automatizace. Další běžné využití pohybových senzorů je v různých reklamních a interaktivních multimediálních systémech (např. v muzeích), které se aktivují pouze tehdy, když se k nim přiblíží návštěvníci instituce nebo výstavního stánku.
