Датчик движения для освещения: от экономии энергии к комфортному управлению светом

Автор: Павел Николаев, SARGAS

Сегодня датчик движения для освещения кажется простой и привычной вещью: человек вошёл — свет включился, вышел — через некоторое время погас.

Но за этой незаметной автоматикой стоит интересная история. Датчики начинались как часть охранных систем, затем стали способом экономить электроэнергию, а сегодня используются в системах, которые могут учитывать время суток, естественный свет и другие условия.

Сам датчик при этом решает довольно простую задачу — обнаруживает движение или присутствие.

Принципиально изменилось другое: что мы делаем с полученной от него информацией.

И в этом заключается главное: качество автоматического управления зависит не столько от самого датчика, сколько от того, где он установлен и что происходит после его срабатывания.

Датчик движения и датчик присутствия — в чём разница

Термины «датчик движения» и «датчик присутствия» часто используются рядом, а иногда почти как синонимы.

В бытовом понимании датчиком движения обычно называют устройство, рассчитанное прежде всего на обнаружение заметного перемещения человека. Под датчиком присутствия чаще понимают более чувствительное решение, способное фиксировать и небольшие движения при длительном нахождении человека в помещении.

Но универсальной технической границы между этими названиями нет.

Например, DALI-2 относит и movement-, и presence-сенсоры к одной категории occupancy sensors — входных устройств, которые сообщают системе о движении или занятости помещения.

Поэтому выбирать датчик только по названию на коробке неправильно.

Важнее понять:

• какое движение он должен обнаруживать;
• где будет установлен;
• какую зону должен контролировать;
• насколько чувствительным должен быть;
• что должна делать система после срабатывания.

Первый электронный датчик движения

 

Одной из ранних документированных электронных систем обнаружения движения стала разработка американского изобретателя Сэмюэла М. Баньо (Samuel M. Bagno).

Для своего времени решение было инновационным, но сама технология могла реагировать не только на человека. В патенте отдельно рассматривается влияние движения воздуха и температурных изменений на сигнал.

Тогда речь ещё не шла о комфортном управлении освещением. Основной задачей было обнаружение вторжения.

Но принцип уже появился: датчик получает информацию о происходящем в пространстве, а дальше система решает, что с ней делать.

От охраны — к управлению освещением

Следующий шаг был вполне логичным. Если датчик способен определить, что помещение пустует, зачем продолжать освещать его без необходимости?

Так обнаружение движения и присутствия стало использоваться в системах управления освещением.

Первая логика была предельно простой: движение есть — свет включён; движения нет — свет выключен.

И во многих местах она по-прежнему работает вполне разумно. Кладовая. Техническое помещение. Подсобная зона. Коридор с коротким временем пребывания.

Здесь человеку, действительно, удобно войти, получить свет и больше ни о чём не думать.

Проблемы начинаются тогда, когда такую же простую логику пытаются применить к более сложному пространству.

Наверняка знакома ситуация, когда в общественном санузле приходится помахать рукой, чтобы доказать автоматике, что вы всё ещё здесь. Сам датчик в этот момент может работать исправно. Просто задача поставлена слишком примитивно.

Почему PIR-датчики стали массовыми

Один из важнейших этапов развития датчиков связан с PIR — Passive InfraRed, пассивным инфракрасным обнаружением.

В 1971 году Герберт Л. Берман подал заявку на патент инфракрасной системы обнаружения вторжения. В конструкции использовались отдельные зоны обзора, а движение определялось по изменению инфракрасного излучения при перемещении объекта между ними. Патент был опубликован в 1972 году.

Современный PIR-датчик работает по сходному базовому принципу. Он ничего не излучает сам, а регистрирует изменение инфракрасного излучения в поле зрения. Для корректной работы ему важно «видеть» контролируемую зону: стены, крупная мебель и другие препятствия ограничивают обнаружение.

Для управления светом это часто оказывается преимуществом.

Человек за стеной или закрытой дверью не должен включать свет в соседнем помещении.

PIR-датчик получился сравнительно простым, компактным и предсказуемым — поэтому сегодня это одна из самых распространённых технологий для квартир, частных домов и коммерческих объектов.

Но у неё есть ограничение.

Человек может находиться в помещении и почти не двигаться.

Для PIR это одна из самых сложных ситуаций: свет всё ещё нужен, а заметного движения уже нет.

PIR, ультразвуковой или микроволновый датчик: что лучше

Универсально лучшей технологии не существует. Более чувствительный датчик — не обязательно более удобный.

Главный вопрос: какое пространство он должен контролировать и какое движение обнаруживать.

PIR-датчик движения

PIR-датчик движения — это пассивный инфракрасный датчик, который фиксирует изменение теплового излучения при перемещении человека в зоне обнаружения.

PIR-датчик движения ничего не излучает сам и лучше всего работает там, где нужна достаточно чёткая зона и есть прямой обзор.

Он хорошо подходит для:

• коридоров;
• прихожих;
• лестниц;
• гардеробных;
• кладовых;
• многих санузлов;
• проходных зон.

Основное ограничение RIP - датчика — необходимость прямой видимости и меньшая чувствительность к небольшим движениям человека.

Если человек долго сидит практически неподвижно, PIR может решить, что помещение уже пустует.

Ультразвуковой датчик

Ультразвуковой датчик движения — это активный датчик, который излучает неслышимые человеку высокочастотные звуковые волны и обнаруживает движение по изменению отражённого сигнала.

Такой сенсор способен фиксировать небольшие движения и не требует такой же прямой видимости, как PIR: звук отражается от стен и других поверхностей и может охватывать пространство сложной формы.

Но чувствительность имеет обратную сторону. Воздушные потоки, вибрации и другие изменения среды могут приводить к нежелательным срабатываниям.

То есть проблема меняется.

PIR иногда слишком рано решает, что человека уже нет.

Ультразвуковой датчик, наоборот, может продолжать видеть движение там, где его уже не нужно учитывать.

Микроволновый или радарный датчик

Микроволновый, или радарный, датчик движения — это активный датчик, который излучает электромагнитные радиоволны и определяет движение по изменению отражённого сигнала.

В каком-то смысле история здесь сделала круг.

Первый датчик Баньо сам излучал волну и анализировал отражение. Современный микроволновый датчик использует похожий принцип, только вместо звука работает с радиоволнами.

Микроволновые датчики способны обнаруживать небольшие движения и работать через некоторые неметаллические материалы, например пластик или стекло. Поэтому сенсор иногда можно скрыть внутри светильника или за элементом отделки.

Но для управления светом это далеко не всегда преимущество.

Свет может включаться без необходимост, если датчик срабатывает на движение за пределами нужной зоны — например, в соседнем помещении.

Для охранной системы способность увидеть движение за препятствием может быть полезна.

Для освещения часто важнее точная и предсказуемая зона обнаружения.

Комбинированные датчики

Комбинированный датчик движения использует две или несколько технологий обнаружения — например, PIR и ультразвук — чтобы точнее определять присутствие человека.

Идея понятна: одна технология помогает компенсировать слабые стороны другой.

PIR уверенно фиксирует заметное движение, а ультразвуковой сенсор помогает дольше подтверждать присутствие человека при небольших движениях.

Но и здесь больше технологий не означает автоматически лучший результат.

Почему автономного датчика часто недостаточно

Простейшая схема выглядит так: датчик → реле → светильник.

Движение появилось — свет включился. Движение прекратилось — запустился таймер. Время закончилось — свет погас.

Для кладовой это может быть идеальным решением. Но в жилом интерьере быстро появляются вопросы.

Можно, конечно, добавить выключатели, обходные цепи, режимы «включено — автоматически — выключено».

Технически всё будет работать. Но человеку придётся помнить, кто сейчас управляет светом — он или автоматика.

Это уже не интеллектуальное управление, а попытка примирить устройства, которые ничего друг о друге не знают.

Датчик как часть системы управления светом

В более гибкой системе датчик не обязан сам решать, какой свет включать.
Он может просто сообщить: «В этой зоне обнаружено движение». Дальше решение принимает система.

Такой подход используется, например, в DALI-2: occupancy- и light-сенсоры относятся к входным устройствам и передают системе информацию, а application controller принимает решения и отправляет команды светильникам.

Тогда одно и то же движение может привести к разным результатам:

Где датчики движения действительно нужны

Автоматизация особенно полезна там, где освобождает человека от повторяющегося и неинтересного действия.

Общий принцип довольно простой.
Если человек в помещении почти всегда выполняет одно и то же действие, автоматизировать свет относительно легко.
Если вариантов поведения много — автоматике уже приходится быть осторожнее.

Где автоматическое включение света может мешать

Совсем другая ситуация — спальня, гостиная, кабинет или домашний кинотеатр.

Человек находится в комнате. Но что это означает? Практически ничего.

Он может читать. Работать. Смотреть фильм. Разговаривать. Отдыхать в полумраке.

Присутствие одинаковое — желаемый свет разный.

Поэтому датчик не должен автоматически решать за человека, что общий свет обязательно нужно включить.

Иногда в таких помещениях разумнее оставить включение вручную, а автоматике поручить только выключение света после того, как комната действительно опустела.

Хорошая автоматизация не пытается сделать за человека всё. Она забирает именно те действия, которые человеку неинтересно повторять самому.

Как настроить задержку выключения

Один из самых важных параметров датчика — время между последним обнаруженным движением и выключением света.

Слишком короткая задержка приводит к знакомой ситуации: человек ещё находится в помещении, а свет уже погас.

Слишком длинная решает эту проблему, но освещение продолжает работать после ухода.

Универсальной цифры нет.

При настройке учитывают:

• назначение помещения;
• обычное время пребывания;
• положение датчика;
• его чувствительность;
• наличие мебели и перегородок;
• вероятность длительной неподвижности;
• тип освещения;
• возможные последствия ошибочного выключения.

Именно поэтому окончательная настройка датчиков должна выполняться не только по проекту, но и в реальном пространстве после запуска системы.

На плане всё может выглядеть идеально. А потом оказывается, что человек за перегородкой исчезает из зоны датчика на несколько минут. Или при открытой двери сенсор видит движение в коридоре. Это нормально.

Систему нужно не просто установить — её нужно настроить.

Можно ли уменьшить количество выключателей

Датчики включают свет автоматически, что позволяет реже пользоваться выключателями, а в некоторых зонах — они и вовсе не понадобятся.

Это как раз тот принцип, которого мы придерживаемся в SARGAS: сложность остаётся внутри системы, а на стене остаются только действительно нужные человеку выключатели

Что делать, если в доме есть кошка или собака

Один из самых частых вопросов:может ли датчик движения реагировать на домашних животных?
Может.

В охранной технике существуют PIR-датчики с так называемым pet immunity. В таких моделях оптика, чувствительность и геометрия зон настраиваются так, чтобы снизить вероятность реакции на животных определённого размера. При этом производители отдельно оговаривают требования к высоте и направлению установки: если животное может попасть в верхнюю часть контролируемой зоны, например запрыгнув на мебель, эффективность такой логики снижается.

 

Можно долго усложнять обнаружение, добавлять сенсоры и ограничивать зоны. А можно сделать так, чтобы случайное срабатывание не создавало дискомфорта. Обычно - это разумнее.

Как выбрать датчик движения для освещения

Начинать стоит не с модели. И даже не с вопроса «PIR или микроволновый?». Сначала нужно понять задачу.

Где находится датчик?

Коридор, лестница, санузел, кабинет, улица — это совершенно разные условия.

Что именно он должен обнаруживать?

Короткий проход человека? Длительное присутствие? Небольшие движения за рабочим столом?

Где должна заканчиваться зона обнаружения?

Датчик, который видит слишком много, бывает не менее неудобным, чем тот, который видит слишком мало.

Что произойдёт после срабатывания?

Включится одна группа? Сценарий? Навигационный свет? А нужно ли вообще включать что-либо днём?

Что произойдёт при ошибке?

Хорошая логика устроена так, чтобы единичное неправильное срабатывание не становилось проблемой.

После ответов на эти вопросы уже можно выбирать технологию, конкретную модель, место установки и способ подключения.

От экономии электроэнергии — к комфортному свету

Датчик движения начинался как охранное устройство. Затем стал удобным способом не оставлять свет включённым в пустом помещении. Сегодня он может быть частью гораздо более тонкой световой среды.

Но для этого его нельзя воспринимать только как автоматический выключатель света.

Главная задача — не поставить больше датчиков. И не автоматизировать всё, что технически возможно.

Нужно понять, где автоматика действительно избавляет человека от лишнего действия, какой свет должен появляться после срабатывания и когда система обязана оставить решение человеку.

В SARGAS мы проектируем освещение и управление как единое целое. Определяем, где датчики действительно нужны, какой принцип обнаружения подходит конкретной зоне и как сделать так, чтобы автоматика не привлекала к себе внимания.

Если у вас уже есть дизайн-проект квартиры, дома, ресторана или другого пространства, пришлите его нам. Мы посмотрим не только на то, куда поставить датчики движения, а прежде всего — какую задачу они должны решать.

Наша цель — сделать пространство красиво и функционально освещённым, а управление — понятным и естественным.

Чтобы свет действительно работал в ритме вашей жизни.