Как работает датчик движения для света, сигнализации и камер

Датчик движения стоит почти в каждом офисе, магазине и на складе. Он включает свет в коридоре и на парковке, поднимает тревогу ночью, запускает запись на камере. Снаружи это похожие белые коробочки, но внутри они работают по‑разному, и от их принципа работы зависит, где датчик справится, а где начнёт срабатывать впустую или пропускать людей.

Коротко

• Датчик движения реагирует на изменение в своей зоне: теплового излучения человека, отражённых радиоволн или картинки с камеры.
• Самый распространённый тип — пассивный инфракрасный. Он ничего не излучает и срабатывает, когда тёплое тело пересекает его зоны обзора.
• Инфракрасный датчик не видит сквозь стекло и стены, но может сработать от обогревателя, кондиционера или солнечного луча.
• Микроволновый датчик сам излучает радиосигнал и ловит отражение. Он видит сквозь стекло, пластик и лёгкие перегородки, поэтому его прячут внутрь светильников.
• Обычный датчик движения может перестать замечать человека, который сидит почти неподвижно. Для кабинетов выпускают более чувствительные датчики присутствия.
• Камера чаще всего замечает движение программно: сравнивает кадры и ищет изменения в картинке.

Как работает датчик движения

Датчик не видит человека в привычном смысле. Он следит за одним физическим параметром и реагирует, когда этот параметр быстро меняется. У одних датчиков это тепловое (инфракрасное) излучение, у других — отражённая радиоволна, у камер — изображение.

Пока в помещении всё неподвижно, картина для датчика стабильна. Человек входит, двигается, и сигнал меняется. Электроника сравнивает изменение с порогом и решает, движение это или помеха. Если порог превышен, датчик срабатывает: включает свет, передаёт тревогу на контрольную панель сигнализации или запускает запись.

Обычный датчик движения реагирует именно на перемещение. Если человек сидит за столом почти неподвижно, датчик может перестать его замечать, поэтому свет в переговорной иногда гаснет посреди совещания.

Инфракрасный датчик движения

Пассивный инфракрасный датчик в характеристиках обозначают PIR (Passive Infrared — «пассивный инфракрасный»). «Пассивный» значит, что сам он ничего не излучает, только принимает.

Любое тёплое тело испускает тепловое излучение, человек тоже. Внутри датчика стоит пироэлектрический элемент, который даёт сигнал, когда падающее на него излучение меняется. Перед ним установлена белая пластиковая линза с насечками, её называют линзой Френеля. Изнутри она состоит из множества мелких сегментов, которые делят пространство на веер узких зон с промежутками между ними. Человек переходит из зоны в зону, на элемент попадает то больше, то меньше тепла, и датчик фиксирует движение.

Из такого устройства вытекает несколько особенностей.

• Лучше всего датчик замечает движение поперёк зон. Человек, который идёт прямо на датчик, долго остаётся в одной зоне, поэтому для такого движения дальность обнаружения заметно меньше.
• Сквозь стекло инфракрасный датчик не видит, ведь обычное оконное стекло почти не пропускает тепловое излучение. Датчик в магазине не реагирует на прохожих за витриной, а датчик за стеклом не включит свет на улице.
• Ложные срабатывания дают быстро меняющиеся источники тепла: поток от обогревателя или кондиционера, солнечный луч на полу, светильник, который светит прямо в линзу.
• В жару датчик может хуже замечать людей. Он реагирует на разницу температур человека и фона, а при высокой температуре воздуха она уменьшается. В более совершенных моделях электроника частично это компенсирует.

Микроволновый датчик движения

Микроволновый, или радиоволновой, датчик работает активно. Он излучает слабый радиосигнал и принимает отражённую волну. Если в зоне что-то движется, частота отражения немного сдвигается. Это эффект Доплера, из‑за которого гудок проезжающего поезда меняет тон. По этому сдвигу датчик и понимает, что в зоне движение. В описаниях светильников такие датчики иногда обозначают HF (High Frequency — «высокая частота»).

Ему не мешают тепло, солнце и кондиционер, и в отличие от инфракрасного он хорошо замечает человека, который идёт прямо на него. Радиоволны проходят сквозь пластик, стекло, дерево и лёгкие перегородки, насколько хорошо — зависит от материала и толщины. Отсюда и плюсы, и минусы.

Микроволновый датчик можно спрятать, поэтому его часто ставят прямо внутрь светильника: он работает через пластиковый рассеиватель, и снаружи датчика не видно. Минус в том, что он может среагировать на человека в соседнем кабинете, на движение за гипсокартонной перегородкой или на работающий вентилятор. В помещениях с лёгкими перегородками его чувствительность уменьшают или выбирают инфракрасный.

Комбинированные и ультразвуковые датчики

Комбинированный датчик объединяет инфракрасный и микроволновый каналы. В охранных моделях тревога, как правило, возникает, только когда движение подтвердили оба. Солнечный луч обманет инфракрасную часть, но не радиоволновую, а движение за перегородкой заметит радиоволновая часть, но не инфракрасная, поэтому вероятность ложной тревоги заметно ниже. Такие датчики ставят в помещениях с витринами, сквозняками, тепловыми завесами у входа, на складах с воротами. Стоят они дороже. В комбинированных датчиках для освещения логика бывает другой: например, свет включается по сигналу обоих каналов, а продолжает гореть, пока движение видит хотя бы один.

Ультразвуковой датчик излучает звук выше порога слышимости и ловит отражение. Он хорошо замечает небольшие движения, но сильный поток воздуха от вентиляции или вентилятора может вызывать у него ложные срабатывания.

Таблица сравнения

Как работает датчик движения для включения света

В светильниках, прожекторах, лампах и патронах с датчиком работает тот же принцип. В большинстве стоит инфракрасный датчик, в части светодиодных светильников — микроволновый. Разница в том, что здесь датчик служит выключателем: заметил движение — включил свет, а через заданное время после последнего движения выключил.

В зависимости от модели у датчика бывают три регулировки, обычно под крышкой корпуса или в приложении.

• Время (TIME). Сколько свет горит после последнего замеченного движения. Отсчёт начинается заново при каждом новом движении, поэтому свет не гаснет, пока человек ходит по зоне.
• Освещённость (LUX). Порог, выше которого датчик не включит свет. На регуляторе обычно нарисованы солнце и луна.
• Чувствительность (SENS). Чем она ниже, тем меньше дальность и тем реже ложные срабатывания.

Работает ли он днём

Зависит от настройки освещённости. Если регулятор LUX стоит ближе к «луне», днём датчик видит, что светло, и свет не включает, даже когда замечает движение. Так работают уличные фонари, прожекторы и светильники на парковке: ночью они зажигаются от движения, а днём не тратят электричество. Если повернуть регулятор к «солнцу», датчик будет включать свет круглосуточно. Это удобно для склада или подсобки без окон.

Почему свет гаснет, когда человек сидит, и чем поможет датчик присутствия

Датчику движения нужно, чтобы человек перемещался. В проходном коридоре так и происходит, а сотрудник за компьютером почти неподвижен, и через установленное время свет выключается. Для кабинетов и переговорных выпускают датчики присутствия, которые рассчитаны на небольшие движения: человек печатает, перелистывает документы, поворачивается на стуле. В одних моделях для этого стоят более чувствительные инфракрасные сенсоры, в других — ультразвук или радар, который замечает даже движения грудной клетки при дыхании. Площадь, которую охватывает такой датчик, зависит от технологии и модели.

В коридоре, на лестнице, в санузле и на складе хватает обычного датчика движения. Для рабочего кабинета лучше датчик присутствия или хотя бы большее время выдержки.

Уличный датчик и прожектор

Уличный датчик работает так же, но на него влияют погода и окружение. Ветки, флаги и проезжающие машины в зоне обзора дают ложные включения. У многих моделей есть шторки, которые закрывают часть линзы и отрезают лишнее направление, например дорогу. Корпус для улицы должен быть защищён от пыли и воды, степень защиты указана в характеристиках как код IP.

Как работает датчик движения в сигнализации

В охранной сигнализации датчик не включает свет, а сообщает о проникновении. Охранные датчики бывают проводными и беспроводными: проводные подключаются к контрольной панели кабелем, а беспроводные работают от батареи и передают сигнал по радиоканалу, а о разряде батареи система обычно предупреждает заранее. Панель принимает тревогу и по мобильной сети или интернету уведомляет владельца или пульт охраны.

Чаще всего в охране помещений стоят инфракрасные датчики: они не реагируют на происходящее за окнами и стенами и подходят для большинства офисов и магазинов. От светотехнических охранные датчики отличаются несколькими функциями.

• Защита от животных. Некоторые датчики настроены так, чтобы не реагировать на небольших собак и кошек. В характеристиках указывают допустимые вес и рост животного, но результат зависит ещё и от высоты установки и настроек. Если кошка заберётся на стеллаж рядом с датчиком, защита может не сработать.
• Фотофиксация. Есть датчики со встроенной камерой: при срабатывании они делают серию снимков, и по ним видно, кто зашёл и была ли тревога настоящей.
• Защита от маскировки. Профессиональные модели замечают, если датчик заклеили или закрыли, и сообщают об этом.
• Частичная охрана. Можно поставить под охрану часть помещений, например склад, пока в торговом зале работают сотрудники.

Так устроена и охранная сигнализация для бизнеса на оборудовании «Гольфстрим», компании из группы МТС. В базовый комплект входят контрольная панель, датчик открытия двери и беспроводной инфракрасный датчик движения с фотофиксацией. При срабатывании снимки вместе с тревогой уходят в центр мониторинга и владельцу в приложение, и диспетчер может проверить, что произошло, прежде чем отправлять группу реагирования.

Читать подробнее о том, как работает охранная система.

Как работает датчик движения на камере видеонаблюдения

Большинство камер и видеорегистраторов замечают движение программно. Они сравнивают соседние кадры, и если меняется достаточно большая часть картинки, запускают запись или присылают уведомление. Отдельного датчика для этого не нужно, но такой детектор реагирует на любое изменение изображения: смену освещения, тень, дождь, качающиеся ветки. В настройках обычно задают зону, в которой искать движение, и чувствительность.

Более современные камеры используют видеоаналитику. Она не просто замечает изменение картинки, а распознаёт объекты, например человека или автомобиль. Тогда можно получать уведомления только о людях в определённой зоне или о пересечении заданной линии. Набор таких функций зависит от модели камеры и программы.

Часть камер, особенно работающих от батареи, дополнительно оснащают инфракрасным датчиком движения. Он подтверждает, что в кадре тёплый объект, и запись не включается от каждой тени. Не путайте его с инфракрасной подсветкой: светодиоды вокруг объектива нужны камере для съёмки в темноте и движение не определяют.

Получается, что камера и охранный датчик ошибаются по разным причинам. Камеру сбивают дождь, тени и ветки, то есть всё, что меняет картинку, а инфракрасный датчик — тепловые потоки и солнце. Поэтому их часто ставят вместе: сигнализация обнаруживает проникновение и передаёт тревогу, а облачное видеонаблюдение позволяет посмотреть запись и понять, что происходило на объекте.

Где ставить датчик

Большинство ложных срабатываний и пропусков связано не с самим датчиком, а с местом установки.

• Высота. Для настенных датчиков это обычно около двух–двух с половиной метров, точную высоту указывает производитель, ведь под неё рассчитаны зоны обзора. Слишком низко — датчик реагирует на животных, слишком высоко — под ним появляется слепая зона.
• Направление. Инфракрасный датчик ставят так, чтобы путь человека шёл поперёк его зон. Если повесить его в конце коридора «лицом» к входу, свет включится, когда человек пройдёт уже полкоридора.
• Тепло и свет. Обогреватели, кондиционеры, батареи, окна с прямым солнцем и сами светильники не должны попадать в зону инфракрасного датчика.
• Препятствия. Стеллажи и высокая мебель создают слепые зоны. На складе с рядами полок одного датчика под потолком обычно мало.
• Перегородки. Микроволновый датчик не направляют на тонкую стену, за которой ходят люди.

После установки датчик стоит проверить: пройтись по помещению разными маршрутами и посмотреть, где он срабатывает. Сразу после включения многим моделям нужно от нескольких секунд до минуты, чтобы «оценить» помещение, и в это время они работают нестабильно.