Как установить датчик движения — полное руководство

Система автоматизации управления уличными фонарями и наблюдения за объектами с помощью Arduino

1 Факультет компьютерных наук, Инженерно-информационный университет им. Ходжи Фарида, Рахим Яр Хан, 64200, Пакистан; moc.liamg@700zatmumniaz (ZM); kp.ude.tieufk@hallu.meelas (SU); moc.liamg@200saylinahseez (ZI); moc.liamg@361malsaalian (Северная Америка)

Салим Улла

Зишан Ильяс

Наиля Аслам

Шахид Икбал

2 Государственная ключевая лаборатория миллиметровых волн, факультет радиотехники, Юго-восточный университет, Нанкин 210096, Китай; nc.ude.ues@dihahs (SI); nc.ude.ues@anihc.ouhsuil (SL)

Шуо Лю

Джехангир Аршад Мео

3 Кафедра электротехники, Университет КОМСАТС Исламабад, Исламабад 45550, Пакистан; kp.ude.lawihastiic@rignahej

Хамза Ахмад Мадни

4 Кафедра вычислительной техники, Инженерно-информационный университет им. Ходжи Фарида, Рахим Яр Хан, 64200, Пакистан

3 Кафедра электротехники, Университет КОМСАТС Исламабад, Исламабад 45550, Пакистан; kp.ude.lawihastiic@rignahej

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Связанные данные

Абстрактные

Мы представляем систему автоматизации на основе Arduino для управления уличными фонарями на основе солнечных лучей и обнаружения объектов. Мы стремимся разработать различные системы для выполнения желаемых операций, которые больше не требуют трудоемкого ручного переключения уличных фонарей. Предлагаемая работа выполняется с использованием микроконтроллера Arduino, светозависимого резистора (LDR) и инфракрасных датчиков, при этом в этой работе представлены два основных вклада. Во-первых, мы показываем, что уличными фонарями можно управлять на основе ночи и обнаружения объекта. В котором уличные фонари автоматически переходят в состояние DIM в ночное время и переходят в состояние HIGH при обнаружении объекта, в то время как в дневное время уличные фонари остаются ВЫКЛЮЧЕННЫМИ. Во-вторых, предлагаемая автоматизированная система дополнительно расширена, чтобы пропустить условие DIM в ночное время, и уличные фонари включаются только на основе обнаружения объектов. Кроме того, для повышения показателей безопасности внедрена система автоматических дверей, а самое главное установлен счетчик, который будет подсчитывать количество объектов, пройденных через дорогу. Предлагаемые системы разработаны в виде лабораторных прототипов для экспериментальной проверки эффективности, надежности и низкой стоимости систем. Отметим, что предлагаемые системы могут быть легко протестированы и реализованы в реальных условиях в больших масштабах в ближайшем будущем, что будет полезно в будущих приложениях для систем автоматизации и умных домов.

Ключевые слова: Arduino, автоматизация, энергопотребление, недорогой, микроконтроллер, с открытым исходным кодом, уличные фонари, умные дома, датчики

1. Введение

Системы автоматизации [1,2] имеют преимущество перед ручными системами, поскольку они повышают производительность, эффективность и надежность, а также сводят к минимуму использование ресурсов для экономии энергии, снижения эксплуатационных расходов и т. д. Эти системы автоматизации играют важную роль в термин «умный дом» [3,4,5,6,7,8,9, XNUMX, XNUMX, XNUMX, XNUMX, XNUMX, XNUMX], чтобы сделать нашу повседневную жизнь более комфортной и облегчить пользователям от потолочных вентиляторов до духовок и в других приложениях. Среди всех интересных применений уличные фонари играют жизненно важную роль в окружающей среде, а также играют важную роль в обеспечении безопасности во время ночных путешествий. В этом сценарии, когда уличные фонари находятся в рабочем положении всю ночь, что потребляет много энергии и сокращает срок службы электроприборов, таких как светодиодная (LED) лампа, лампа накаливания, газоразрядная лампа и т.д. газоразрядные лампы высокой интенсивности. Особенно в городских уличных фонарях это серьезный фактор энергопотребления, а также самые значительные затраты энергии для города. В связи с этим требуется система автоматизации для управления освещением в соответствии с потребностями.

Традиционная система освещения была ограничена двумя вариантами: только ВКЛ и ВЫКЛ, которые неэффективны, поскольку такие операции означают потерю мощности из-за продолжения работы на максимальном напряжении. По небрежности оператора или по каким-либо другим техническим причинам уличные фонари постоянно остаются включенными, даже когда на улицах нет необходимого освещения, что приводит к нерациональному использованию электроэнергии. Следовательно, потеря мощности уличного освещения является одной из заметных потерь мощности, но с использованием автоматизации она приводит ко многим новым методам экономии энергии и денег. В связи с этим в прошлом предлагалось совместное управление системой освещения с помощью светозависимого резистора (LDR) [10], датчика предотвращения препятствий инфракрасного излучения (IR) [11] и Arduino [12,13] [14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31, 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29]. В предыдущей литературе системы уличного освещения основаны на LDR [32,33], и большинство из них основаны на пассивных инфракрасных приемниках. системы, управляемые таймерами и аналоговыми схемами. Датчики слежения за солнцем [34,35] также используются для отключения уличных фонарей путем определения яркости солнечного света. Кроме того, также были реализованы управление уличным освещением с использованием солнечной энергии [36] и система на основе ZigBee для управления уличным освещением [27,31]. В отличие от включения/выключения электричества, вводится еще один подход к DIM (половина максимальной яркости) света [XNUMX] в часы, когда мало трафика, что может быть полезно для снижения энергопотребления, но с электрические лампочки в условиях непрерывного использования.

Помимо традиционной домашней автоматизации, термин «интернет вещей» (IoT) [23,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47] также важен для подключения электроприборов к интернету. это сделало возможным дистанционное управление предметами из любого места и в любое время. После внедрения Интернета вещей беспроводные системы оказали большую помощь системам автоматизации с использованием облачных сетей, Wi-Fi и т. д. Точно так же многие беспроводные системы создаются с использованием Bluetooth и подключений смартфонов [48], которые могут использоваться только определенными пользователями. человек, ведь мобильный телефон не предполагается всегда дома. Кроме того, последняя версия Bluetooth хорошо подходит для маломощных устройств домашней автоматизации [49]. Тем временем была представлена новая система автоматизации, в которой вместо смартфонов используются оба устройства Bluetooth Low Energy (BLE) с ограниченным числом спецификаций, но с хорошей и безопасной скоростью передачи данных [50]. Точнее, выбор этих систем трудно реализовать в реальном случае с реальными дорогами и настоящими уличными фонарями из-за очень малого радиуса действия беспроводной связи. Насколько нам известно, по-прежнему существует потребность в разработке системы на основе солнечного света, поддерживающей концепцию DIM light, соединяющей включение/выключение питания с обнаружением объектов, мониторингом объектов, проходящих через дорогу, и контролем входа. дверь.

В данной работе предлагается и экспериментально демонстрируется схема построения системы автоматизации на основе ночного обнаружения объектов. В предлагаемой системе автоматизации уличные фонари будут автоматически выключаться в дневное время, в противном случае фонари будут оставаться тусклыми в ночное время и включаться (на максимальную яркость) при обнаружении объекта. Эта работа выполняется при правильном расположении микроконтроллера Arduino Uno, ИК-датчика предотвращения препятствий, LDR и резисторов. Замечено, что состояние DIM в предлагаемой конструкции также означает непрерывную работу электроприборов в течение всей ночи. Чтобы преодолеть эту проблему, ранее разработанная система была дополнительно расширена для создания системы, основанной только на обнаружении объектов. В связи с этим уличные фонари будут включаться автоматически при обнаружении объектов, в противном случае уличные фонари останутся ВЫКЛЮЧЕННЫМИ. Между тем, в этом объектно-зависимом дизайне также представлена автоматическая дверная система, которая будет работать с двигателем и ИК-датчиком предотвращения препятствий. Двигатель автоматически открывает дверь, когда ИК-датчик обнаружения препятствий обнаруживает объекты перед дверью, и закрывает ее, когда объекты не обнаружены. Кроме того, установлен счетчик для подсчета количества объектов, проходящих через дорогу, который будет отображаться на последовательном мониторе Arduino IDE [12,13]. Таким образом, предлагаемые системы (как для ночного, так и для обнаружения объектов; объектно-зависимые) разработаны и продемонстрированы с использованием прототипа лабораторного масштаба, чтобы показать, что предлагаемые проекты могут быть легко реализованы в крупном масштабе в ближайшем будущем.

Остальная часть этой статьи структурирована следующим образом. В разделе 2 представлена концепция системы автоматизации на основе солнечного света с подробным описанием электронных компонентов, используемых в предлагаемой системе автоматизации, основанной на обнаружении объектов в ночное время, и системе автоматизации, основанной только на обнаружении объектов. Кроме того, представлены экспериментальные результаты для прототипа лабораторного масштаба, а раздел 3 завершает статью.

2. Материалы и методы

Для простоты обсуждения на рис. 1 показан общий рабочий механизм и особенности предлагаемой концепции освещения. I/P и O/P представляют вход и выход соответственно. LDR сначала определяет значение интенсивности солнечного света и отправляет его в Arduino. Получив данные, Arduino преобразует их в различные дискретные значения от 0 до 1023 и оценивает, превышает ли полученное значение пороговый уровень (предельное значение, которое устанавливается пользователем независимо от диапазона дискретных значений: 0–1023). ; тогда это будет считаться дневным временем, а светодиоды останутся выключенными; если полученное значение ниже порогового уровня, Arduino будет считать это ночным временем суток. В ночное время, если значение ИК-датчика уклонения от препятствий НИЗКОЕ и объект не обнаруживается, то будут светиться ТЕМНЫЕ светодиоды, или если значение ИК-датчика обхода препятствий ВЫСОКОЕ и идентифицирует какой-либо объект, то будут светиться ВЫСОКИЕ светодиоды. Arduino также подсчитывает общее количество объектов, пересекающих улицу в ночное время, с помощью ИК-датчика предотвращения препятствий и демонстрирует это последовательному монитору.

Как установить датчик движения — руководство по установке

Датчик движения — это инструмент, используемый для обнаружения движения. Устройство содержит электронный датчик, который срабатывает при движении и обычно используется для предупреждения о наличии движущегося объекта в определенном поле зрения. Датчики движения часто используются для приложений безопасности, предприятий и домов, где пользователи хотят быть предупреждены о любом движении в определенной области. Детекторы движения обычно имеют небольшие размеры и обнаруживают движение с помощью инфракрасных волн; эти волны обычно представляют собой тепловые волны, которые исходят от движущихся объектов, таких как люди, автомобили и животные. Затем движение электронным способом включает осветительные приборы на установленный период времени, в зависимости от вашего таймера.

Датчики движения Access Fixtures обеспечивают автоматическое переключение или затемнение при использовании в сочетании с драйверами светодиодов с регулируемой яркостью 1–10 В. Их компактный размер делает их пригодными для использования с большинством светильников. Эти датчики движения имеют встроенный датчик дневного света и широкую зону обнаружения до 52 футов в диаметре. Датчики движения, используемые в светильниках Access Fixtures, можно обнаружить через стекло; пластик; и тонкие неметаллические материалы. Эти датчики позволяют экономить энергию и могут обеспечивать трехступенчатое затемнение, что делает их идеальными для использования в помещениях, где требуется уведомление об изменении освещения перед полным отключением.

Кроме того, каждое приспособление с датчиком можно запускать последовательно — вне одной линии — с внешним фотоэлементом. Фотоэлемент автоматически подстраивается под смену дня и ночи, определяя изменение уровня освещенности, а датчик движения реагирует на любое физическое движение. Работая вместе, фотоэлементы и датчики движения будут управлять внешним освещением, чтобы отпугивать злоумышленников, создавая иллюзию присутствия людей.

Руководство по установке

При установке датчика движения существуют рекомендации, которых должны придерживаться вы и ваш электрик:

Датчик движения должен быть установлен квалифицированным электриком.
Перед установкой или обслуживанием убедитесь, что питание отключено.
Датчик не следует модифицировать. Это аннулирует любую гарантию.
Датчик должен быть подключен к стабильному источнику питания.

Пошаговое руководство по подключению датчика движения:

Отключите питание на главном блоке предохранителей.
Используя тестер напряжения и цепи, проверьте каждый провод, чтобы убедиться, что питание отключено.
Прикрепите монтажный ремень датчика движения, чтобы вы могли прикрепить каждый провод перед полной установкой устройства.
Соедините черный провод питания с черным проводом крепления.
Соедините белый провод питания с белым проводом крепления.
Соедините провод заземления с проводом заземления.
Соедините каждый провод с помощью разъемов и изоленты.
Если цвета проводов не совпадают, используйте вольтметр для определения положительного, отрицательного и заземляющего проводов.
Убедитесь, что соединения безопасны.
Прикрепите приспособление к монтажной планке.
Завершите установку светильника, установив его надлежащим образом.
Включите питание.
Проверьте свой свет.

Схемы подключения датчика движения

Датчики движения имеют ряд методов обнаружения, используемых для обеспечения освещения определенной области. Существует ряд функций, которые можно установить на датчик движения, чтобы обеспечить полную точность и избежать ложных срабатываний. Схемы подключения этих функций см. далее.

Функция включения/выключения

Датчики движения имеют возможность включать свет при обнаружении движения и выключать его по истечении заданного периода времени, если движения не обнаружено. Чтобы установить эту функцию:

Нажмите, чтобы увеличить изображение

3-ступенчатая функция затемнения

Как только любой из датчиков обнаружит движение, сигнал будет передан на остальные датчики, поэтому все лампы включаются одновременно. Когда в области не обнаружено никакого движения, все лампы синхронно уменьшат яркость до низкого уровня освещенности по истечении времени удержания. Для подключения к ПРА с регулируемой яркостью 1–10 В используйте следующую схему подключения:

Нажмите, чтобы увеличить изображение

Управление сбором дневного света

Используйте эту функцию для систем освещения, которые должны либо приглушаться, либо полностью выключаться при наличии дневного света. Уровень датчика дневного света датчика движения должен быть установлен в режим отключения, если он подключен к датчикам дневного света:

Нажмите, чтобы увеличить изображение

Датчик дневного света:

Датчик можно настроить таким образом, чтобы лампа загоралась в пределах определенного порогового значения уровня окружающего освещения. Настройки следующие:

I: 2 люкс – работа только в темноте
II: 5 люкс – работа только в темноте
III: 10 лк – работа в сумерках
IV: 25 лк – работа в сумерках
В: 50 лк – работа в сумерках
VI: 100 люкс – сумеречный режим
VII: Отключить

При отключении датчик дневного света будет включать лампу при обнаружении движения независимо от уровня окружающего освещения.

Настройки датчика движения

Нажмите, чтобы увеличить изображение

Каждый датчик имеет возможность настроить область обнаружения, время удержания и периоды ожидания с помощью DIP-переключателей. Важно отметить, что при уменьшении зоны обнаружения будет снижаться и чувствительность датчиков.

Область обнаружения

Зону обнаружения вашего датчика движения можно легко уменьшить, выбрав соответствующую комбинацию DIP-переключателей.

Время удержания

Время удержания датчика движения относится к периоду времени, в течение которого лампа остается освещенной на 100% после того, как движение не обнаружено.

Резервный период

Под периодом ожидания датчика движения понимается период времени, в течение которого лампа остается при слабом освещении, прежде чем полностью выключится.

Датчик дневного света

Датчик движения можно настроить так, чтобы лампа освещалась только ниже заданного порога яркости.

Для более подробного ознакомления с каждой схемой подключения нажмите здесь.

Поговорите со специалистом по освещению Access Fixtures

Access Fixtures — это ваш прямой поставщик всех осветительных приборов, необходимых для надлежащего освещения вашей собственности. Если у вас есть вопрос по освещению, мы будем рады ответить на ваши вопросы. Мы хотим убедиться, что вы получите именно то приспособление, которое соответствует вашим потребностям, вашему бюджету и вашим целям. Мы увлечены освещением и любим то, что делаем — мы дадим вам ответ. Чтобы поговорить со специалистом по освещению Access Fixtures, позвоните по телефону (800) 468-9925 .