W dobie automatyzacji coraz większej liczby procesów i instalacji w naszych domach i biurach, znaczenie czujników ruchu i czujników obecności gwałtownie wzrosło – równie gwałtownie jak nasze wymagania wobec nich. By im sprostać producenci zaczęli wprowadzać nowe technologie i metody detekcji ludzi na określonej powierzchni oraz poszerzać gamę tych produktów o kolejne typy i podtypy. Oferta jest dziś tak szeroka i zróżnicowana, że aby dobrać optymalną czujkę dla swoich potrzeb, inwestorom oraz ich doradcom niezbędna stała się dość gruntowna wiedza z zakresu różnic w technologii i zastosowaniu każdego z kilku podstawowych rodzajów czujników.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 2Fot. 1. Zewnętrzne czujniki Theben podtrzymują światło nawet przy nikłych ruchach osoby stojącej w ich strefi e wykrywania.

Czujniki ruchu i obecności można podzielić na te najprostsze oraz te skomplikowane, jednak po jakie byśmy nie sięgnęli, zawsze będziemy musieli dokonać w nich pewnych ustawień – tak by ich działanie współgrało z warunkami w miejscu w którym pracują, odpowiadało naszym oczekiwaniom i – przede wszystkim – wywoływało oczekiwane reakcje podległych im urządzeń, którymi nie zawsze są oprawy oświetleniowe, o czym mowa w pierwszej części niniejszego cyklu (poprzedni numer Fachowego Elektryka). Należy bowiem pamiętać o kwestii leżącej u samej podstawy idei czujników ruchu i obecności: ich celem nie jest wykrywanie osób dla samego faktu wykrycia, lecz wykrywanie ich po to, by podległe im urządzenia lub instalacje zachowywały się w określony sposób, czyli uruchamiały się, wyłączały, pracowały na określonym poziomie wydajności i przy określonym poborze energii elektrycznej. A to oznacza, że czujniki trzeba dobrać w taki sposób, by można było do nich przyłączyć odpowiednią ilość podległych im urządzeń – najczęściej opraw, ale również markiz, zasłon, rolet, instalacji klimatyzacji i wentylacji, termoregulatorów, alarmów dźwiękowych itd. Inwestor musi więc wpierw ocenić ile wejść czujnik powinien mu oferować oraz jakiemu poborowi mocy podległych sprzętów (określanych mianem „slave”) powinien podołać. To są decyzje które powinny zostać podjęte jeszcze na etapie wyboru technologii czujnika, jego rodzaju, maksymalnego zasięgu, szczelności w skali IP oraz pozostałych kluczowych parametrów – również związanych z estetyką i kolorem czujnika.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 22Fot. 2. Czujnik HF 360 stopni – fale wysokich częstotliwości moniturują całe pomieszczenie.

Nastawianie i obsługa nowoczesnych czujek ruchu i obecności

Wracając do listy podstawowych parametrów wymagających ustawienia w czujnikach już wstępnie zamontowanych i podłączonych do instalacji, trzeba zauważyć, że listę tą z reguły otwiera próg wrażliwości czujników na ilość światła, zwany często w instrukcjach „jasnością progową”. Wiąże się to oczywiście z tym, że czujnik po wykryciu ruchu nie powinien załączać oprawy oświetleniowej przy dziennym świetle i dobrej widoczności. Odpowiednim pokrętłem trzeba czujnikowi wskazać ten poziom światła, a raczej jego braku, przy którym powinien już włączyć oprawę, ponieważ światło naturalne jest niewystarczające dla użytkowników pomieszczenia. Zakres tej regulacji w wielu czujnikach zaczyna się od poziomu 2–10 luxów, a kończy się na 1000–2000 lx, co jest bardzo szeroką rozpiętością i pozwala każdemu znaleźć optymalny dla niego próg jasności wyzwalającej załączenie oprawy.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 23Fot.3.Czujniki oparte na ultradźwiękach wykryją ruch wykonany w dowolnej części pomieszczenia, gdyż badają jego całą kubaturę.

Kolejnym bazowym parametrem do ustawienia w niemal każdym czujniku, jest czas świecenia oprawy po wykryciu ostatniego ruchu. Jest on zwykle regulowany pokrętłem w przedziale od jednej minuty do kwadransa, lub pół godziny, pełnej godziny, czasem kilku godzin. Z reguły zakres 1–15 minut jest wystarczający, gdyż nikt nie chce, aby światło świeciło się zbyt długo po wyjściu ostatniej osoby ze strefy wykrywania czujnika. Czujniki przeznaczone do klatek schodowych, ukrywane często wewnątrz samych opraw (z reguły czujniki HF), mają nieraz nastawę czasu startującą z poziomu kilku sekund, co ma w tych miejscach jak najbardziej logiczne uzasadnienie. W tym miejscu trzeba wskazać na problem wciąż jeszcze funkcjonujących na rynku tanich czujników starszych generacji, stosowanych wciąż dość często w toaletach lub łazienkach, a czasem nawet przy stromych schodach, które po upłynięciu ustawionego czasu niestety nagle gaszą oprawę, po czym od nowa zaczynają szukać ruchu, co trwa od jednej do nawet kilku niebezpiecznych sekund. Czujniki takie posiadają bardzo istotną wadę: po wykryciu pierwszego ruchu zaczynają naliczać czas świecenia oprawy i przestają monitorować strefę wykrywania. Wznawiają wykrywanie ruchu ułamek sekundy po wyłączeniu podległej im oprawy i to wykrywanie trwa nieraz kilka sekund, w czasie których może dojść do niebezpiecznej sytuacji lub wypadku z powodu braku światła.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 24Fot. 4. Czujnik zmierzchowy, to podstawowe urządzenie, które wyręczy nas w chwili, gdy zapada ciemność i włączy światło automatycznie.

Czujniki takie w gruncie rzeczy powinny być wyeliminowane z rynku, a jedynymi dopuszczonymi do użytku powinny być te, które non-stop szukają ruchu, a po jego wykryciu wznawiają naliczanie czasu świecenia oprawy od zera. Trzecim najbardziej podstawowym parametrem regulowanym w czujnikach przez ich użytkowników lub administratorów jest wielkość strefy wykrywania. Właściwie sprowadza się to bardziej do mechanicznego zasłaniania lub odsłaniania poszczególnych kierunków wykrywania przy pomocy dołączonych do zestawu specjalnych przesłon, choć na rynku funkcjonują oczywiście czujniki w których poszczególne kierunki wykrywania włącza się lub wyłącza poprzez układy elektroniczne. Dość częsta jest sytuacja, w której czujnik sufitowy o kącie wykrywania 360 stopni, w sposób dla użytkowników niepożądany wychwytuje ruch na obrzeżu strefy, który jest na przykład ruchem osób na pobliskim korytarzu przylegającym do pomieszczenia w którym zainstalowano czujnik. Działanie czujnika – a więc i zachowanie oświetlenia – jest wówczas zaburzone, dochodzi do notorycznego włączania opraw oświetleniowych wtedy, gdy w pomieszczeniu nikogo nie ma oraz oczywiście do generowania niepotrzebnych kosztów. Zasłonięcie tej części strefy wykrywania, tak by czujnik w ogóle „nie widział” osób przemieszczających się feralnym korytarzem, jest optymalnym wyjściem z sytuacji, choć nierzadko wystarczy również zmniejszenie zasięgu wykrywania czujnika. Ostatnim bazowym parametrem który można, a właściwie trzeba ustawić, jest zasięg czujników.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 25Fot.5. Czujnik ruchu theLuxa S360 do montażu na zewnątrz.Dzięki odpowiedniej budowie i podstawie może być umieszczony na sufi cie, ścianie i narożniku budynku.

W prostszych modelach jest to regulacja skokowa w dwóch lub trzech stopniach, zaś w bardziej zaawansowanych czujnikach parametr ten ustawia się bezstopniowo. Coraz częściej do listy podstawowych parametrów ustawianych w czujnikach – szczególnie czujnikach ruchu – dopisywany jest parametr określany terminem „profil ruchu”. Chodzi tu o wskazanie czujnikowi, jaki ruch ma wywołać u niego reakcję w postaci sygnału „włącz się” wysłanego do podległego urządzenia. Nowoczesne czujniki oferują tu wybór między zbliżaniem się, a oddalaniem się wykrytego obiektu, przy czym każda z tych dwóch opcji dzieli się na podopcje takie jak: ruch z prawej / ruch z lewej / ruch z przodu / ruch z tyłu. Wszystkie opisane wyżej nastawy i funkcje czujników dają możliwość coraz głębszego profilowania tych urządzeń i dopasowywania do naszych potrzeb. W połączeniu z systemami BMS takimi jak DALI czy KNX, opisanymi po krótce w części pierwszej niniejszej publikacji (poprzedni numer FACHOWEGO ELEKTRYKA), otwierają świat praktycznie dowolnych konfiguracji. Warunek jest jednak jeden: czujniki muszą być wyrobami wyższych generacji o jak najwyższej jakości. To ważne, ponieważ wciąż importuje się do Europy, w tym również i na polski rynek, produkty chińskie pochodzące od nikomu nie znanych efemerycznych przedsiębiorstw, które tylko z nazwy są „KNX ready”, a w rzeczywistości nie są w stanie współpracować z najprostszą automatyką.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 26Fot.6.Najnowocześniejsze czujniki obecności potrafi ą wychwycić nawet ruch rzędu kilku milimetrów.

Nowe kierunki i nowe technologie w zakresie detekcji osób

Wykrywanie osób i ich ruchu zyskuje na znaczeniu, dlatego wielu producentów rozwija nowe technologie, lub całkowicie redefiniuje pojęcie wykrywania ludzkiej obecności w określonej przestrzeni. Dlatego od pewnego czasu do czujników ruchu można też zaliczyć kamery przeznaczone do współpracy z systemami alarmowymi, które wyposażone są w systemy inteligentnej detekcji ruchu poprzez analizę rejestrowanego obrazu w oparciu o złożone algorytmy. Nad wszystkim czuwa mikroprocesor i odpowiednie oprogramowanie. Oczywiście nie jest to funkcja podstawowa tych kamer, lecz dodatkowa i dlatego zaliczanie takich kamer w poczet czujek ruchu może budzić pewne zastrzeżenia. Jednak nie da się zaprzeczyć, iż tego rodzaju kamery mogą stanowić wsparcie dla omówionych wyżej czujek ruchu, lub w pewnych okolicznościach je zastępować, gdyż dzięki detekcji ruchu na obrazie zachowują się de facto tak samo jak one. Ich wadą jest brak lub niepełna filtracja rodzajów obiektów, które w zarejestrowanym obrazie są ruchomymi obiektami. W efekcie ich reakcję w postaci włączonego oświetlenia bądź uruchomionego alarmu mogą wywołać zarówno ludzie, jak i na przykład zwierzęta bądź pojazdy. Co prawda niezłe rezultaty daje równoczesna analiza obrazu w podczerwieni, jednak i wówczas dochodzi do wielu nieprawidłowych reakcji systemu, co spowodowało, że tego typu kamery, stanowiące głównie wyposażenie systemów alarmowych, czynne są najczęściej w porach nocnych, kiedy to przy chronionym obiekcie nie powinni się znajdować ani ludzie, ani zwierzęta, ani też samochody lub wszelkie inne ruchome obiekty.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 27Fot.7.Czujniki ruchu często pozwalają indywidualnie ustawić pole detekcji ruchu.

Najciekawszym chyba rozwiązaniem, jakie pojawiło się na rynku i które z powodzeniem można zaliczyć do czujników obecności, choć w rzeczywistości urządzenie to niczego aktywnie nie wykrywa, jest niemiecki czujnik o nazwie HPD2 (Human Presence Detector) opracowany przez firmę Steinel. Urządzenie to wyznacza zupełnie nowy kierunek rozwoju czujników obecności z wykorzystaniem kompletnie innych technologii opartych na inteligentnej elektronice. HPD2 to bardziej wykrywacz, niż czujnik ludzkiej obecności, gdyż urządzenie to zostało wyposażone w kamerę obserwującą otoczenie oraz w pamięć wewnętrzną, do której wgrany został model człowieka złożony ze 150 tysięcy zapisanych obrazów ludzkiej postaci we wszelkich pozach i ułożeniach ciała. Dla pewności, że wykrywanie będzie prawidłowe producent wgrał również siedem milionów negatywów.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 28Fot.8.Schemat obszaru wykrywania i zasięgu czujnika ruchu PIR 180 stopni.

Wszystkie zapisane modele (i negatywy) są na bieżąco porównywane z faktycznie rejestrowanym obrazem (kilka klatek na sekundę) i poddawane analizie, w wyniku czego urządzenie informuje z zerowym opóźnieniem nie tylko o tym, że w obserwowanym przez kamerę obszarze znajdują się ludzie, ale też przekazuje dane o ilości tych osób. Ta cecha stanowi o ogromnej przewadze HPD2 nad klasycznymi czujnikami PIR, HF i UltraSound. Oczywiście są tu też usprawnienia takie jak podział obszaru wykrywania – o zasięgu do 10 metrów – na dziesięć precyzyjnie oznaczonych stref, z których każdą można indywidualnie wyłączyć lub na powrót włączyć. HDP2 mierzy ponadto inne parametry, takie jak wilgotność powietrza oraz temperatura, która na efekt działania urządzenia nie ma żadnego wpływu. Choć działanie urządzenia bardziej przypomina inteligentne monitorowanie niż wykrywanie, w gruncie rzeczy prowadzi do podobnego rezultatu, czyli stwierdzenia obecności ludzkiej w bardzo dokładnie określonym polu o nieraz skomplikowanej geometrii, dlatego można je z powodzeniem zaliczyć do czujników obecności opartych na zupełnie nowym pomyśle.

czujniki ruchu i obecnosci roznice w technologii i zastosowaniach czesc 29 Fot.9.Każdy czyjnik należy odpowiedno nastawić, tak by jego działanie współgrało z warunkami jakie panują w miejscu jego pracy.

Podsumowanie

Niniejsza dwuczęściowa analiza technologii obecnych w czujnikach ruchu i obecności oraz sposobów ich wykorzystania, wskazuje na jeszcze jeden istotny aspekt, do tego momentu nie zaznaczony w sposób dostatecznie wyraźny: czujniki ruchu i obecności uruchamiają podległe im urządzenia i systemy wtedy, gdy rzeczywiście ich działanie jest potrzebne, przez co wpływają na poprawę efektywności energetycznej całego obiektu (budynku). Najczęściej ich „energooszczędny” wpływ na koszty utrzymania obiektu uwidocznia się w sferze oświetlenia, lecz na dobrą sprawę można je powiązać z jakimikolwiek urządzeniami bądź systemami i instalacjami, więc wpływ ten może być odczuwalny niemal na dowolnym polu. Warunek jest jeden: prawidłowy dobór czujników opartych o określone technologie oraz ich właściwe rozmieszczenie i nastawienie.

Łukasz Lewczuk

Na podstawie materiałów publikowanych przez: Schneider Electric SE, Steinel Vertrieb GmbH, Lange Łukaszuk Sp. z o.o. sp.k., Hager Polo Sp. z o.o., Tema 2 Sp. z o.o., P.P.U.H. El-Team Sp. z o.o. oraz Zespół Certyfikowanych Centrów Szkoleniowych KNX