časopis z vydavatelství
FCC PUBLIC

Aktuální vydání

Číslo 3/2021 vyšlo
tiskem 10. 3. 2021. V elektronické verzi na webu 26. 3. 2021. 

Téma: Elektrotechnika v průmyslu; Ochrana před přepětím

Inovace, technologie, projekty
Historie výrobků STEGO
Průmysl 4.0 – kdysi a dnes (3)
Panasonic: Produkty průmyslové automatizace k vašemu otestování
ABB oznámila výrazný nárůst v počtu nabíjecích stanic v Česku

Spínací chyby hlásičů pohybu

Ing. Josef Košťál | www.eel.cz

Hlásiče pohybu se v současné době používají nejen v průmyslových a kancelářských budovách, ale stále častěji také v soukromých domech. Při jejich použití ve venkovním prostoru objektu může docházet častěji ke spínacím chybám. V dalším textu je vysvětleno, proč k těmto chybám dochází a jak jim zamezit.

Spínací chyby hlásičů pohybu

Z praktických důvodů je výhodné, když se za tmy automaticky zapne osvětlení přístupové zóny domu, jakmile hlásič pohybu detekuje pohyb. Toto mj. umožňuje snadné a rychlé nalezení klíče i klíčové dírky zámku domu.

Naproti tomu není asi příjemné, když automatické ovládání osvětlení nefunguje tak, jak má. Jde o případy, kdy se osvětlení buď nerozsvítí, přestože došlo k pohybu ve sledovaném prostoru, nebo se naopak osvětlení zapne, aniž by k tomu byl zjevný důvod. Čím častěji k tomuto jevu dochází, tím více to uživatele obtěžuje. Příčin těchto spínacích chyb a možností jejich řešení je mnoho.

Příčiny spínacích chyb

Nejčastějším důvodem selhání sepnutí je chybějící „vizuální kontakt“ hlásiče pohybu se zdrojem tepla. Vizuální kontakt je ale pro správnou funkci hlásiče zcela zásadní. Ve venkovním prostoru objektu se používají téměř výhradně hlásiče pohybu s pasivními infračervenými čidly (obr. 1). Tato čidla reagují na změny teplot, které se vytvářejí při pohybu živých tvorů. To však také znamená, že hlásiče pohybu nedetekují pohyb skrz překážky, tj. „nevidí“ pohyb např. za zdmi nebo stromy. Z tohoto důvodu potřebují mít hlásiče pohybu „volný výhled“ přes celý sledovaný prostor.


Obr. 1. Hlásič pohybu s pasivním infračerveným čidlem (PIR čidlem)

Prvním krokem k zabránění spínacích chyb je promyšlený výběr vhodného venkovního hlásiče pohybu. Výrobci hlásičů pohybu udávají u těchto přístrojů úhel snímání a snímací rozsah. Díky tomu si může elektroinstalatér ověřit, jaký hlásič pohybu se nejlépe hodí pro prostor, který má daný hlásič pohybu sledovat. Při dimenzování je třeba se držet přesných hodnot bez přílišných tolerancí, protože jinak by mohlo docházet v okrajových oblastech ke spínacím chybám. Hlásiče pohybu je možné dále ještě optimalizovat zaměřením a naprogramováním pro požadovanou sledovanou plochu.

Volba správného směru

Pasivní infračervené hlásiče pohybu zachycují dříve a spolehlivěji pohyby přicházející kolmo vzhledem k jejich čidlu, než pohyby přicházejí v ose čidla, tj. přímo proti němu. Je-li hlásič pohybu instalován např. čelně k delší přístupové cestě k domu, může se stát, že čidlo zapne osvětlení, až když přicházející osoba urazí téměř celý úsek této cesty. Tomuto nežádoucímu opožděnému spínání hlásiče pohybu lze zabránit tím, že se hlásič instaluje bočně k nejčastěji používané přístupové cestě.

Dále by se měl hlásič pohybu instalovat tak, aby byl co nejvíce chráněn před deštěm a větrem, tedy optimálně pod přesah střechy. I samotný déšť, dopadá-li na čočku, může totiž způsobit vlivem rozdílu teplot vzhledem k hlásiči pohybu spínací chybu (může tak např. rozsvítit světlo nebo spustit alarm). Přímé sluneční záření (ultrafialové světlo) může zas být příčinou rychlejšího stárnutí materiálu krytu hlásiče pohybu. Čočka se stane křehčí a materiál změní barvu.

Navíc technické údaje uváděné výrobcem hlásiče pohybu platí pouze tehdy, je-li dodržen předepsaný postup montáže. Je-li hlásič pohybu instalován nesprávně, např. hlavou vzhůru oproti předepsané poloze, může se do hlásiče dostávat voda a způsobit jeho poškození, nebo dokonce zničení.

Rušivý faktor – osvětlení

Je-li hlásič pohybu instalován na správném místě a má-li volný výhled na celý sledovaný prostor, nemělo by teoreticky již správné detekci pohybu nic bránit. Přesto se může stát, že dojde k zapnutí osvětlení, aniž by se někdo pohyboval ve snímacím rozsahu hlásiče pohybu.

Osvětlení zapnuté hlásičem pohybu bez zjevné příčiny může tak představovat spínací chybu. Podle typu použitého světelného zdroje (LED, halogen atd.) vytváří teplo i samotné svítidlo. Při vypnutí osvětlení se svítidlo ochlazuje. Vzniká teplotní rozdíl, což může hlásič pohybu vyhodnotit jako pohyb. Díky tomu pak dojde k opětovnému zapnutí osvětlení. Z tohoto důvodu by měl být zářič instalován vždy nad hlásičem pohybu, tedy mimo jeho snímací rozsah.

Obr. 2. Pohyblivá kulová hlava se dá otáčet horizontálně i vertikálně
Obr. 2. Pohyblivá kulová hlava se dá otáčet horizontálně i vertikálně

Zaměření v testovacím režimu

Je-li osvětlení správně nainstalované, hraje zaměření hlásiče pohybu rozhodující roli. Venkovní hlásiče pohybu mají většinou velký snímací rozsah. Prochází-li např. veřejná komunikace (silnice nebo cesta) po okraji snímacího rozsahu, dochází ke spínacím chybám způsobených pohybem vozidel a lidí po této komunikaci. K odstranění tohoto problému může pomoci správné zaměření hlásiče pohybu.

Velmi kvalitní hlásiče pohybu mají pohyblivou kulovou hlavu, která umožňuje horizontální i vertikální natáčení (obr. 2). Není-li možné zvolit optimální místo montáže hlásiče pohybu např. kvůli krátkému přívodnímu vedení, lze toto vykompenzovat vhodným zaměřením kulové hlavy hlásiče.

Mnoho hlásičů pohybu má tzv. testovací režim, ve kterém hlásič opakovaně zapíná a vypíná osvětlení, jakmile se objeví pohyb v jeho snímacím rozsahu. V tomto režimu se dá hlásič pohybu pohodlně zaměřit, aniž by bylo třeba neustále vyčkávat na ukončení příslušné doby doběhu předchozího sepnutí.

Problém

I když je venkovní hlásič pohybu optimálně zaměřen, mohou se objevit některé další zdroje spínacích chyb. Příkladně: Rostliny samy nevyzařují žádné teplo, proto hlásič pohybu není schopen zachytit pohybující se stromy ani keře. Nicméně nachází-li se za takovouto rostlinou nějaký tepelný zdroj, např. sluncem ohřátá zeď, hlásič pohybu může detekovat pohyb rostliny, vyvolaný poryvem větru.

Je-li takovýto problém zjištěn, je možné tuto oblast zastínit krycími lamelami, které se umístí na čočku hlásiče pohybu. Tyto lamely jsou pro infračervené záření nepropustné, a vytvářejí tak clonu pro určité části snímacího rozsahu. Toto však také na druhé straně znamená, že bude-li se pohybovat např. člověk před touto rostlinou, nebude jeho pohyb zachycen.

Dalším důvodem pro nežádoucí spínání hlásiče pohybu představují zvířata, která se pohybují ve snímacím rozsahu hlásiče. Savci a ptáci mají zpravidla podobnou tělesnou teplotu jako člověk. Pohyby koček a psů jsou proto zachycovány stejně jako pohyby člověka a způsobují zapnutí osvětlení. Příčina je tedy v obou případech stejná: pohyb živého tvora vyzařujícího teplo. Takovéto spínací chyby se jen velmi těžko odstraňují. Je však možné vhodným zaměřením snímacího rozsahu vyloučit z oblasti detekce drobné živočichy

Regulace citlivosti čidel

Jak již bylo zmíněno, musejí se zachycované infračervené paprsky dostat až k čidlu, aby bylo možné rozpoznat pohyb. Toto záření slábne s rostoucí vzdáleností, proto čidlo rozpozná pohyb ve vzdálenosti 2 m daleko lépe než ve vzdálenosti 20 m. Detekční dosah hlásiče pohybu závisí značně na množství tepla vyzařovaného tepelným zdrojem. Drobná zvířata, jako např. kočky, vyzařují menší množství tepelné energie než člověk.

U některých hlásičů pohybu je možné variabilně nastavovat citlivost čidel. Tímto nastavením se definuje, od jakého množství tepla má čidlo zaúčinkovat. Menší množství tepla, jaké např. vyzařuje kočka, lze tak díky tomu z detekce hlásiče pohybu vyloučit. Avšak již větší pes může svým tepelným vyzařováním osvětlení opět zapnout, tedy způsobit spínací chybu. Bude-li citlivost čidla hlásiče pohybu ještě dále snižována, existuje nebezpečí, že již nebudou zachycovány ani pohyby malých dětí.

Zastínění dolních snímacích rozsahů

Další možností, jak zamezit spínacím chybám způsobených zvířaty, je zastínění dolních snímacích rozsahů (obr. 3 a obr. 4). Mnohé venkovní hlásiče pohybu mají tzv. ochranu proti podlezení. Ta pokrývá prostor přímo pod hlásičem pohybu, který přední čidla nezachycují.

  
Obr. 3. Zvířata pohybující se ve snímacím rozsahu hlásiče pohybu mohou způsobit spínací chyby (vlevo)
Obr. 4. Zastíněním dolních snímacích rozsahů lze zabránit detekci zvířat

Kočky se často potloukají podél zdí domu a způsobí přitom zapnutí osvětlení. U kvalitních hlásičů pohybu lze tuto ochranu proti podlezení individuálně deaktivovat. Je však třeba vzít v úvahu, že potom nebude hlásičem pohybu zachycen ani člověk, který by se podél zdi domu plížil okolo čidla. Úplné sledování venkovní plochy by v takovémto případě nemohlo být zajištěno.

  
Obr. 5. U některých venkovních hlásičů pohybu lze pomocí šroubováku individuálně nastavovat dosah jednotlivých čidel
Obr. 6. Snímací rozsah je možné omezit krycími lamelami (vpravo)

Některé venkovní hlásiče pohybu doplňkově poskytují možnost individuálního nastavení dosahu čidla buď manuálně s použitím šroubováku, nebo elektronicky pomocí dálkového ovládače (obr. 5). Při natáčení čidel směrem nahoru vznikají nad zemí „mrtvé zóny“, ve kterých není zachycován žádný pohyb. Tímto způsobem je možné vyloučit z detekce malé tepelné zdroje, např. drobná zvířata. V důsledku toho se však snímací rozsah posune více do dálky. V tomto případě je třeba opět ověřit, zda nevede po okraji posunutého snímacího rozsahu eventuální komunikace, kde by opět pohyb lidí a vozidel mohl způsobit spínací chyby.

Závěr

Spínací chyby hlásičů pohybu mohou mít nejrůznější příčiny. Mnoho zdrojů chyb lze vyloučit již samotnou správnou montáží vhodně zvoleného hlásiče pohybu. Zaměřením hlavy čidla a omezením snímacího rozsahu pomocí krycích lamel (obr. 6) nebo vhodným nastavením čidel se dá odstranit převážná většina zdrojů rušení. Jemné vyladění hlásiče pohybu sice znamená zastínění zdrojů rušení, na druhé straně ale přináší také omezení, resp. zmenšení snímacího rozsahu. Je tedy třeba důkladně promyslet, čemu dát přednost, zda nepříjemnému rušení spínacími chybami, nebo zajištění nutné bezpečnosti ve střeženém prostoru.

Pasivní infračervená čidla

Infračervené záření se nachází v elektromagnetickém spektru mezi viditelným světlem a mikrovlnami. Jde především o tepelné záření, které je v daném objektu vytvářeno pohybem atomů a molekul. To znamená, že každý objekt s teplotou nad absolutní nulou, tedy dokonce i kostka ledu, emituje záření v infračervené oblasti. Čím je tato teplota vyšší, tím rychlejší jsou pohyby atomů a molekul a tím je i intenzivnější záření.

Infračervené záření vytvářené živými tvory není homogenní, což je velmi dobře patrné při použití infračervené kamery. Přitom různé části těla vyzařují různé množství tepelné energie, např. ústa jsou výrazně teplejší než prsty. Tím je také infračervené záření vycházející z úst intenzivnější než záření vycházející z prstů.

Pasivní infračervená čidla (PIR čidla) umožňují využití infračerveného záření pro zachycování pohybu, protože optimálně reagují na vyzařované teplo z těla člověka nebo zvířete. Termín pasivní infračervený znamená, že tato čidla sama žádné infračervené záření nevytvářejí, ale výhradně zachycují infračervené záření vytvářené nebo odrážené jinými objekty. Čidlo přeměňuje výslednou změnu příchozího infračerveného záření na změnu výstupního napětí. Hlásič pohybu poté signály těchto čidel vyhodnotí a zapne příslušné osvětlení.

Literatura: [1] Německý odborný časopis pro elektrotechniku de, č. 22/2019, vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München (www.elektro.net/heftarchiv).