Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Napad.pl
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Czujniki ultradźwiękowe w automatyce domowej

ghost666 04 Gru 2017 18:31 966 0
  • Czujniki ultradźwiękowe w automatyce domowej
    Właściciele domów i mieszkań coraz mocniej w ostatnich czasach interesują się systemami automatyzacji instalacji domowych: automatyczną kontrolą nad światłami, wentylacją, centralnym ogrzewaniem, sprzętem muzycznym, telewizją, domofonem, drzwiami etc. Wszystko to sprawia, że technologie dotychczasowo znane z automatyki przemysłowej coraz częściej goszczą w naszych domach. Dodatkowo pojawia się wiele nowych systemów, dedykowanych do tego właśnie celu. Systemy takie jak Amazon Alexa, Google Home, Apple HomePod czy Homekit, oraz wiele, wiele innych często przejmują na siebie rolę systemu zarządzającego wszelkimi sprzętami domowymi.

    Systemy tego rodzaju są dopiero w początkowej fazie swojej ewolucji. Niektóre z wymienionych urządzeń dobrze radzą sobie z powierzonym im zadaniem, inne trochę gorzej. Producenci systemów automatyki domowej cały czas pracują nad kolejnymi poprawkami i innowacjami w tym zakresie, które mają poprawić elastyczność tych systemów czy też zmniejszyć ich zapotrzebowanie na energię elektryczną.

    Jednym z bardzo istotnych elementów systemu automatyki domowej są energooszczędne systemy wykrywania obecności domowników w poszczególnych rejonach domu. Tego rodzaju sensory mają za zadanie monitorować wchodzenie i wychodzenie do pomieszczeń, przez większość czasu są jednak uśpione dla zmniejszenia poboru prądu. Wykrycie pojawienia się osób w pomieszczeniu możliwe jest automatyczne uruchamianie świateł, dostosowywanie temperatury w pomieszczeniu czy sterowanie wentylacją i klimatyzacją. Zaawansowane systemy tego typu pozwalają także na uruchamianie domofonów i dzwonków do drzwi dopiero, gdy goście pojawią się u naszych drzwi. Wszystko po to, by system pobierał mniej energii. Finalnie, tego rodzaju sensory pełnić mogą też rolę elementów systemu alarmowego, wykrywających pojawienie się złodziei.

    Typowe sensory obecności czy ruchu oparte są na układach optycznych, akustycznych bądź mikrofalowych. Popularne czujniki PIR wykorzystują pasywne sensory w podczerwieni, jednakże jest to technologia już szeroko znana i powoli odchodząca do lamusa. W poniższym materiale przedstawimy nowoczesne, akustyczne sensory pracujące w ultradźwiękach.

    Można zadać sobie pytanie: "Czemu wybrać ultradźwiękowy czujnik obecności lub ruchu, a nie popularną czujkę PIR?". Sensory PIR działają na zasadzie monitorowania zmian temperatury w polu widzenia czujnika. Oznacza to jednak, że także np. insekty czy małe zwierzęta mogą je uruchamiać. Z kolei np. bezpośrednie, intensywne białe światło może je tymczasowo oślepiać, co może prowadzić między innymi do generowania fałszywych alarmów. Inne systemy, na przykład oparte o kamery wideo wykrywają doskonale ruch, ale także mogą zostać uruchomione przez zwierzęta poruszające się w polu widzenia, czy nawet ruch liści. Czujniki ultradźwiękowe pozbawione są tych wad.





    Ultradźwiękowe sensory ruchu czy obecności działają na zasadzie monitorowania odbitych fal akustycznych, które generuje przetwornik w sensorze. Człowiek, który wchodzi w zasięg działania takiego czujnika przesłania tor ultradźwięków, co powoduje generację licznych odbić, które docierają do sensora. Natężenie takiego echa proporcjonalne jest do wielkości obiektu w torze lotu dźwięku. Daje to sensorom możliwość dyskryminacji obiektów - dopiero coś, o wielkości człowieka jest w stanie uruchomić sensor. System może zostać tak zoptymalizowany, że nie będzie wykrywał obecności zwierząt.

    Jeśli chodzi o detekcję ludzi zbliżających się do jakiegoś obszaru przemysł oferuje obecnie szeroką gamę sensorów, między innymi optyczne (oparte na pomiarze czasu lotu fotonów) i pojemnościowe sensory odległości. Pozwalają one na uruchamianie wyposażenia domu w momencie gdy podejdzie się do niego na określoną odległość. Tego rodzaju sensory często stosowane są w systemach automatyki przemysłowej, ale także pojawiają się one w domach.

    Sensory optyczne i pojemnościowe są dosyć drogimi elementami. Jednakże nie tylko koszt jest w tym przypadku zaletą sensorów ultradźwiękowych. Doskonale działają one w dowolnym medium (powietrze, woda, dowolne gazy) ale także odporne są na zmiany wykrywanego obiektu - jego powierzchnię, materiał i kształt. Podobnie jak systemy radarowe, zaawansowane sensory ultradźwiękowe są w stanie wykonywać trójwymiarowe mapy przestrzeni, co pozwala na lepsze sterowanie systemami automatyki, jak chociażby odróżnianie zwierzęcia domowego od człowieka. Oprócz tego, że sam sensor jest tańszy, to także jego implementacja w urządzeniu niesie za sobą niższe koszty.

    Integrowane w typowych systemach automatyki domowej przetworniki ultradźwiękowe posiadają zazwyczaj jeden przetwornik - kierunkowy, pracujący w dobrze określonym, niewielkim kącie, albo szerokokątowy, który monitoruje zakres od 90° do 135°. Dodanie kolejnych przetworników może dalej poszerzyć zasięg obserwacji otoczenia do 360°. Przetwornik taki emituje ultradźwięki i zbiera odbite echo. Wykrycie obecności człowieka powoduje załączenie się konkretnej związanej z nim funkcji na przykład włączenie kamery w domofonie lub innym miejscu, albo załączenie się systemu alarmowego.

    Z kolei w systemach multimedialnych, na przykład systemach kina domowego, kierunkowe mikrofony są w stanie lokalizować położenie odbiorcy lub odbiorców, tak, że praca głośników optymalizowana jest pod słuchacza znajdującego się w konkretnym miejscu pomieszczenia.

    Inne zastosowania tego rodzaju sensorów to oczywiście sterowanie światłami czy klimatyzacją w pokoju. Po wejściu do pomieszczenia, sensory wykryją obecność człowieka i zapalą światło i na przykład włączą klimatyzację. Tego rodzaju rozwiązania są chętnie implementowane z uwagi na generowane w ten sposób oszczędności energii elektrycznej - klimatyzacja czy ogrzewanie nie pracuje tak intensywnie, gdy w pokoju nie znajduje się człowiek.

    Detekcja obecności przydatna jest nie tylko w automatyce domowej. Zwłaszcza w dużych, mocno uczęszczanych budynkach chętnie instaluje się czujniki obecności. Przykładem tego mogą być szalenie popularne w ostatnich latach systemy wykrywające obecność aut na poszczególnych miejscach w garażach w centrach handlowych, lotniskach itp. System, wiedząc które miejsca w garażu są zajęte, a które wolne może zmieniac oznaczenia na parkingu, tak, aby możliwie najefektywniej kierować wjeżdżające samochody na wolne miejsca. Przykładowy moduł wykorzystywany do tego rodzaju pracy pokazany jest na rysunku 2. Oparty jest on na scalony system-na-chipie PGA450-Q1, firmy Texas Instruments. Zawiera on w swojej strukturze, oprócz front-endu obsługującego przetwornik ultradźwiękowy także dedykowany procesor z interfejsem pozwalającym na łatwe przyłączenie modułu do istniejącej sieci automatyki w budynku.

    Czujniki ultradźwiękowe w automatyce domowej
    Rys.2. Miniaturowy moduł sensora ultradźwiękowego.


    W zależności od potrzeb projektu i budżetu tego rodzaju moduły wyposażone mogą być w interfejsy komunikacyjne kablowe lub bezprzewodowe. Dodatkowo często uzupełniane są one diodami LED sygnalizującymi z daleka czy dane miejsce jest wolne czy zajęte. Jeśli natomiast chcemy w naszym projekcie uniknąć połączeń kablowych, można wykorzystać dowolny z istniejących standardów komunikacji bezprzewodowej, taki jak Bluetooth, Wi-Fi czy Zigbee, aby zintegrować układ z siecią szkieletową budynku.

    Wykorzystanie ultradźwiękowych sensorów w tego rodzaju układach ma szereg zalet - niższy koszt, elastyczniejsza konstrukcja i dużo lepsza dyskryminacja obiektów - rozróżniane ludzi, zwierząt domowych i samochodów nie jest żadnym problemem.

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/10/05/how-ultrasonic-technology-improves-convenience-and-performance-in-home-automation


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Napad.pl