Cảm Biến Hồng Ngoại Phát Hiện Người: Ứng Dụng Tuyệt Vời

Ngày nay, cảm biến hồng ngoại phát hiện người đang ngày càng được ứng dụng vào cuộc sống. Bạn có thể nhận thấy ngay điều đó khi bước vào trung tâm thương mại và thấy cửa tự mở, bước vào phòng và thấy cửa tự sáng hoặc bất ngờ khi có nhiều nhà phát ra âm thanh khi có người lạ bước vào.

Vậy cụ thể thiết bị cảm biến hồng ngoại phát hiện người là gì? Chúng hoạt động như thế nào? Mạch cảm biến hồng ngoại phát hiện người ra sao? Hãy cùng Hapigo tìm hiểu ngay nguyên lý và ứng dụng của thiết bị này qua bài viết dưới đây.

Cảm biến hồng ngoại là gì?

Trước khi tìm hiểu cảm biến hồng ngoại phát hiện người là gì, chúng ta hãy cùng tìm hiểu cảm biến hồng ngoại là gì.

Cảm biến hồng ngoại là một thiết bị điện tử đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh của nó.

Bức xạ hồng ngoại được một nhà thiên văn học tên là William Herchel tình cờ phát hiện vào năm 1800. Trong khi đo nhiệt độ của từng màu ánh sáng (ngăn cách bằng lăng kính), ông nhận thấy rằng nhiệt độ ngay bên ngoài ánh sáng đỏ là cao nhất.

IR là không thể nhìn thấy đối với mắt người, vì bước sóng của nó dài hơn bước sóng của ánh sáng nhìn thấy (mặc dù nó vẫn nằm trên cùng một phổ điện từ). Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt đều phát ra bức xạ hồng ngoại.

Trường hợp sử dụng chính của thiết bị này là trong phạm vi bảo mật vật lý và đặc biệt là cho các mục đích phát hiện xâm nhập.

Hai loại cảm biến hồng ngoại gồm cảm biến hồng ngoại chủ động và cảm biến hồng ngoại thụ động là những loại được ưu tiên trong bối cảnh an ninh vật lý.

Công nghệ hồng ngoại được sử dụng rộng rãi cho các mục đích thương mại như:

• Thiết bị nhìn ban đêm.
• Trong thiên văn học, để phát hiện các vật thể trong vũ trụ bằng kính thiên văn và máy dò trạng thái rắn.
• Trong các hoạt động quân sự để theo dõi tên lửa.
• Trong phục chế nghệ thuật để phân tích các bức tranh và khám phá các lớp tranh ẩn.
• Để theo dõi các hạt nano trong cơ thể sống.

Cảm biến hồng ngoại cũng được sử dụng trong việc nghiên cứu thời tiết, phát hiện khí, kiểm tra dầu khí và phân tích nước, cũng như trong y tế cho các mục đích gây mê. Cảm biến hồng ngoại được sử dụng để bảo mật như một phần của hệ thống kiểm soát truy cập.

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người là gì?

Tương tự cảm biến hồng ngoại, mắt cảm biến hồng ngoại phát hiện người hay còn gọi là cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR) là một loại cảm biến phát hiện bức xạ hồng ngoại bị phản xạ hoặc phát ra từ mục tiêu thay vì đo hoặc cảm nhận nhiệt.

Với cảm biến phát hiện người, nhiệt độ tại điểm đó trong trường nhìn của cảm biến sẽ tăng lên đến nhiệt độ cơ thể của kẻ xâm nhập so với nhiệt độ môi trường và sau đó quay trở lại tương ứng.

Sự thay đổi dẫn đến bức xạ hồng ngoại nhận được sẽ cảm biến chuyển thành sự thay đổi điện áp đầu ra, kích hoạt phát hiện. Thông thường, các cảm biến PIR phát hiện chuyển động chung chứ không cung cấp chi tiết và thông tin cụ thể về cái gì hoặc ai đã di chuyển, mà chỉ cung cấp chuyển động của con người hoặc một số thứ khác.

Cấu tạo của cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người bao gồm các thành phần như:

• Hai dải vật liệu nhiệt điện (cảm biến nhiệt điện):
• Một bộ lọc hồng ngoại (chặn tất cả các bước sóng ánh sáng khác)
• Thấu kính Fresnel ( thu thập ánh sáng từ nhiều góc độ vào một điểm duy nhất) mở rộng phạm vi của cảm biến
• Một đơn vị vỏ (để bảo vệ cảm biến khỏi các biến môi trường khác, chẳng hạn như độ ẩm)

Thành phần của cảm biến hồng ngoại phát hiện người

• Cảm biến PIR (1nos)
• BC547 (1nos)
• 7805 IC điều chỉnh điện áp tích cực (1nos)
• Đường truyền tia hồng ngoại
• Diode (1n4007 – 1nos.)
• Buzzer (1nos)
• Điện trở (1K ohm – 1nos.)
• Rơ le (9V – 1nos)
• Hồng ngoại
• Bóng đèn
• Nguồn điện (9V)
• Nguồn điện xoay chiều 230V

Trong cảm biến IR nguồn hồng ngoại và đường truyền của tia hồng ngoại là hai phần quan trọng. Trong nguồn hồng ngoại, có các nguồn khác nhau như bộ tản nhiệt thân đen, đèn vonfram, cacbua silicon trong cảm biến IR. Họ sẽ sử dụng đèn LED bước sóng hồng ngoại làm nguồn hồng ngoại. Trong phương tiện truyền dẫn nó sẽ khác nhau như không khí, cáp quang, v.v.

Các chế độ hoạt động của cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người cũng giống như các loại cảm biến hoạt động khác, chúng cũng có chế độ hoạt động riêng và việc hiểu rõ những chế độ hoạt động này sẽ giúp quá trình thiết kế mạch điện điện tử trở nên dễ dàng hơn.

Chế độ hoạt động của cảm biến hồng ngoại phát hiện người hoạt động ở mức 4.5V – 20V tùy thuộc vào yêu cầu của người sử dụng. Khi mô đun của cảm biến hồng ngoại phát hiện người được cấp nguồn, nó sẽ cho phép mô đun tự hiệu chỉnh trong khoảng thời gian 2 phút.

Có hai chế độ chính khi hoạt động của loại cảm biến này là “Chế độ lặp lại” và “Chế độ không lặp lại”.

Chế độ lặp lại

Với chế độ lặp lại của cảm biến hồng ngoại phát hiện người, chân đầu ra sẽ tăng vụt lên cao khi chuyển động trong phạm vi được phát hiện và trở về mức thấp sau một thời gian đã được định sẵn từ trước.

Với chế độ này, kết quả đầu ra vẫn sẽ cao ngay cả khi đối tượng đã đi ra khỏi phạm vi phát hiện của cảm biến hồng ngoại phát hiện người.

Thời gian và độ nhạy được định sẵn trước này hoàn toàn có thể được điều khiển bởi chiết áp có sẵn trên bo mạch.

Chế độ không lặp lại

Với chế độ lặp lại này, đầu ra của cảm biến hồng ngoại phát hiện người sẽ tăng cao khi phát hiện có chuyển động trong phạm vi, ngay sau khi người nào đó đi ra khỏi phạm vi của cảm biến này thì đầu ra sẽ ngay lập tức trở lại mức thấp.

Trong cả hai chế độ mức cao và mức thấp, độ nhạy bén của thiết bị có thể được kiểm soát bằng máy điều khiển độ nhạy có trên bảng.

Sơ đồ mạch cảm biến chuyển động phát hiện người

Sơ đồ 1:

Quan sát hình trên, bóng đèn trong sơ đồ mạch cảm biến thông minh phát hiện người có thể được thay thế bằng bất kỳ thiết bị gia dụng nào hoạt động trên nguồn điện xoay chiều khoảng 230V.

Với sơ đồ này, bạn cũng có thể sửa đổi thêm công tắc ở giữa phần chân cung cấp vào đầu của bộ điều chỉnh rồi thực hiện bật tắt hệ thống cảm biến hồng ngoại phát hiện người một cách thủ công hơn tay vì tự động 100%.

Sơ đồ 2:

• Cảm biến hồng ngoại phát hiện người sẽ tạo ra chùm tần số cao 5 kHz với sự trợ giúp của 555 timer được đặt ở chế độ đa điều khiển tại phần máy phát.
• Cảm biến hồng ngoại phát hiện người sẽ tạo ra chùm tần số cao được nhận bởi điện trở quang ở phần máy thu. Tần số này sẽ ở một pha khi không có sự gián đoạn giữa cảm biến hồng ngoại và bóng bán dẫn quang ảnh. Mạch tổng sẽ không đưa ra bất kỳ đầu ra nào trong giai đoạn này. Khi có sự gián đoạn giữa cảm biến IR và bóng bán dẫn quang ảnh, chùm tia do cảm biến IR tạo ra sẽ ở pha khác nhau. Pha khác nhau này sẽ được phát hiện ngay lập tức bởi điện trở quang và làm cho bộ hẹn giờ 555 đưa ra cảnh báo qua loa.
• Khi không có sự xâm nhập, bóng bán dẫn quang sẽ làm cho pin2 cao của 555 timer được đặt ở chế độ ổn định và sẽ không có đầu ra nào được đưa ra trong cấu hình này. Khi có đột nhập, chân 2 của bộ đếm thời gian ổn định được đặt ở mức thấp sẽ làm cho chuông báo động. Thời gian báo động phụ thuộc vào tụ C1 và biến trở POT.

Ưu và nhược điểm của cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Cũng giống như các sản phẩm khác, máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người cũng có những thế mạnh và hạn chế riêng biệt. Bạn có thể tham khảo một số ưu và nhược điểm sau đây để cân nhắc thêm về máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người.

Ứng dụng của cảm biến chuyển động phát hiện người

Những loại cảm biến người ra vào này thường xuất hiện ở xung quanh bạn. Bạn có thể thấy những trường hợp đèn tự bật đèn khi bạn bước vào nhà vệ sinh công cộng và mở cửa tự động ở những hệ thống siêu thị lớn. Nó không chủ động phát ra ánh sáng hồng ngoại, mà thay vào đó nó tìm kiếm những thay đổi trong thế giới hồng ngoại mà nó nhìn thấy. 

Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại rất phổ biến trong cuộc sống. Cảm biến hồng ngoại phát hiện người được sử dụng phổ biến nhất trong phát hiện dựa trên chuyển động, chẳng hạn như hệ thống an ninh trong nhà. Khi một đối tượng chuyển động tạo ra bức xạ hồng ngoại đi vào phạm vi cảm biến của máy dò, sự khác biệt về mức IR giữa hai phần tử nhiệt điện được đo. Sau đó, cảm biến sẽ gửi một tín hiệu điện tử đến một máy tính nhúng, từ đó sẽ kích hoạt cảnh báo.

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người được sử dụng như một thiết bị báo động có kẻ xâm nhập vào nhà, văn phòng, ngân hàng hoặc trong các trung tâm mua sắm. Chúng cũng có thể được sử dụng như máy đếm, điều khiển ánh sáng tự động , v.v. Cảm biến hồng ngoại phát hiện người có thể được sử dụng trong các hệ thống tiết kiệm năng lượng, hệ thống tự động hóa gia đình và hệ thống điều khiển.

Bên cạnh đó, loại cảm biến này cũng rất thông dụng trong máy xả toilet tự động, sử dụng trong các thiết bị tự động hóa trong cuộc sống hàng ngày. Chúng còn có thể được lắp tại những tầng hầm hay những khu vực đỗ xe có mái che để tránh nguy cơ xảy ra tai nạn giao thông đáng tiếc.

Kinh nghiệm chọn cảm biến hồng ngoại phát hiện người tốt nhất

• Nên chọn các loại cảm biến phát hiện người có kết nối với thiết bị điện tử: Với yếu tố tiện lợi luôn phải được đặt lên hàng đầu như ngày nay, cảm biến hồng ngoại phát hiện người cũng phải đáp ứng được tính tiện lợi khi cần phải có kết nối với thiết bị thông minh để dễ dàng quan sát cũng như điều khiển
• Phù hợp với mục đích sử dụng: Nhằm hạn chế các rủi ro và để tiết kiệm chi phí nhất, người dùng nên sử dụng những sản phẩm cảm biến hồng ngoại phát hiện người phù hợp với mục đích sử dụng (Chống trộm, sử dụng cho trung tâm thương mại,…)
• Không nên tham hàng rẻ: Không nên chọn sản phẩm quá rẻ vì bạn có thể mua phải hàng kém chất lượng dẫn đến hiệu quả của máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người hoạt động không chính xác
• Chọn những nhà cung cấp uy tín để tránh tình trạng hàng giả hàng nhái hàng kém chất lượng.

Hãng mạch cảm biến hồng ngoại phát hiện người tốt nhất

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người Schneider

Nếu như bạn đang cần tìm một sản phẩm máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người có đầy đủ các tiêu chí bền bỉ, an toàn, tiện lợi, hiện đại và thiết kế thời trang thì sản phẩm của hãng Schneider sẽ đáp ứng hết tất cả những tiêu chí đó cho bạn.

Những yếu tố trên cũng chính là những yếu tố được đặt lên hàng đầu, là kim chỉ nam trong dây chuyền sản xuất nguyên vật liệu và lắp ráp sản phẩm.

Tuy máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người Schneider với chất lượng đạt chuẩn Châu Âu và tất cả những nguyên liệu đều được nhập khẩu chất lượng cao nhưng hãng Schneider vẫn bị đánh giá là không phải lựa chọn tối ưu cho người dùng khi nói về hãng chuyên sản xuất cảm biến hồng ngoại phát hiện người.

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người Panasonic

Hãng tiếp theo cung cấp cảm biến hồng ngoại phát hiện người là Panasonic. Đây là hãng sản xuất thiết bị được đánh giá là có chất lượng cực kì tốt với những quy trình sản xuất được đảm bảo chú trọng đến từng chi tiết.

Sản phẩm máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người của Panasonic có thiết kế tinh tế, nổi bật một sensor chính có thể kết nối tối đa với bốn sensor phụ. Nhờ vào yếu tố này mà khi có người di chuyển đến bất cứ vị trí nào trong phạm vi của máy thì máy sẽ đảm bảo được sự hoạt động tốt nhất.

Ngoài ra, sán phẩm cảm biến hồng ngoại phát hiện người này cũng có độ nhạy cực kỳ cao, khi có bất kỳ tác động nhỏ nào mà thiết bị phát hiện cũng sẽ báo sáng cho người dùng.

Sản phẩm được sản xuất với nguyên liệu chất lượng cao nên có độ bền tốt, tuổi thọ dài với giá cả phải chăng, rất phù hợp với nhu cầu của người dùng, đặc biệt là chủ đầu tư và chủ gia đình tiết kiệm được rất nhiều chi phí khi sử dụng sản phẩm của hãng.

Cũng chính vì chất lượng cao hơn nên giá thành của những sản phẩm máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người của Panasonic có giá thành cao hơn một chút so với các hãng khác cùng cung cấp sản phẩm tương ứng. Tuy nhiên chất lượng của chúng cũng được đánh giá là cao hơn.

Ngoài ra, còn có rất nhiều thương hiệu cảm biến hồng ngoại khác bạn có thể tham khảo như cảm biến hồng ngoại phát hiện người Arduino,…

Những lưu ý khi lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Những điều cần tránh khi lắp đặt máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Việc lắp đặt máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người không quá khó nhưng cũng không thật sự đơn giản cho những ai chưa biết. Dưới đây là một số lưu ý bạn cần biết khi lắp đặt máy.

• Đầu tiên, khi lắp đặt bạn không nên hướng mắt sensor về phía giàn nóng máy lạnh. Điều này có thể gây ra việc nhiễu cảm biến và máy hoạt động không chính xác do ảnh hưởng bởi giàn nóng máy lạnh khi hoạt động thường nhiệt độ cao cùng tia bức xạ của máy.
• Khi lắp đặt, cũng không nên hướng mắt sensor về phía cửa sổ có rèm che. Điều này có thể gây nên tình trạng báo động giả gây phiền phức cho người sử dụng máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người. Bên cạnh đó khi cửa sổ mở, nhiều nguồn nhiệt từ ngoài trời sẽ có thể xâm nhập qua rèm che và từ đó gây nhiễu cảm biến vi sóng.
• Không lắp đặt cảm biến hồng ngoại phát hiện người trong nhà ra ngoài trời bởi vì cảm biến hồng ngoại phát hiện người loại trong nhà không có tính năng chịu được các tác động của môi trường như mưa nắng. Việc để thiết bị để ngoài trời dù không trực tiếp gặp mưa nắng thì thiết bị cũng dễ bị bào mòn dần chất liệu vỏ, lăng kính fresnel, khiến chức năng hoạt động kém dần đi và gây nên hỏng hóc không đáng có.
• Khi lắp đặt nên chú ý không được hướng trực tiếp mắt sensor về phía có nhiều nắng mặt trời. Tia nắng của mặt trời có nhiều bức xạ hồng ngoại và khi tiếp xúc với máy sẽ khiến cho sensor bị nhiễu.
• Không nên đặt máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người ở quá gần dây điện nguồn bởi vì cảm biến hồng ngoại phát hiện người vẫn là một thiết bị điện tử được thiết lập hoạt động ở điện áp thấp nên hạn chế đặt gần điện nguồn cao áp.
• Để tránh phiền phức vì báo động giả thì bạn không nên hướng mắt sensor ra phía cổng sát đường đi. Khi lắp tại vị trí này, máy sẽ báo động khi người khác đi bộ hoặc chạy bộ ngang qua cổng. Lúc này máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người có thể lầm với việc có người đột nhập vào trong nhà bạn.
• Không lắp sensor trên tường bị rung để giúp sensor hoạt động ổn định hơn

Những lưu ý khác khi sử dụng cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Trong hướng dẫn lắp đặt của hầu hết mọi nhà sản xuất cảm biến hồng ngoại phát hiện người hiện nay đều sẽ đi kèm về ghi chú về các vị trí lắp cảm biến cần tránh.

Cần phải lưu ý kỹ vì nếu không để ý kỹ, người lắp đặt sẽ rất dễ lắp đặt tại những nơi không cho phép và khiến cho máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người không hoạt động được đúng chức năng, bị nhiễu hoặc tạo ra những báo động giả. 

Bên cạnh đó, chúng ta cũng nên lưu ý những vấn đề sau:

• Khi lắp đặt nhằm mục đích an ninh, hãy nghiên cứu và đặt máy tại nơi mà kẻ đột nhập bắt buộc sẽ phải đi qua hoặc tự tạo ra một vị trí bẫy với kẻ gian khi xâm nhập vào khu vực nhất định.
• Chú ý nên đặt máy cảm biến hồng ngoại phát hiện người với độ cao đúng như tài liệu lắp đặt chỉ dẫn khi mua.
• Khi lắp, bạn nên tự tính toán vùng cảm nhận của đầu báo và điều chỉnh máy sao cho phù hợp với vùng cần cảm nhận theo yêu cầu.
• Cũng giống như camera an ninh, khi lắp hãy cố gắng tránh những vùng khuất (điểm mù) tại nơi lắp đặt vì khi đó máy sẽ không thể phát hiện được chuyển động và không hoạt động được hết công suất.
• Sau khi lắp đặt, hãy tự kiểm tra khả năng cảm nhận của đầu báo một lần nữa để đo độ chính xác.
• Do đầu báo động hồng ngoại phát hiện người khá nhạy cảm với năng lượng hồng ngoại vậy nên cần phải tuyệt đói lưu ý tránh các nguồn phát nhiệt, dễ gây ra báo động giả như: Gần bếp, gần nơi có ánh nắng trực tiếp của mặt trời, gần điều hòa hay gần cửa và các lỗ thoát khí.

Kết luận

Từ những thảo luận trên, chúng ta đã hiểu được phần nào về cấu tạo và cách hoạt động của cảm biến hồng ngoại phát hiện người. Chúng có bán sẵn trên thị trường nhưng cũng khá dễ thiết kế và sử dụng.

Ngoài ra để tăng thêm khả năng bảo mật, bạn có thể sử dụng cùng với thiết bị camera và tham khảo bài viết “3+ camera an ninh gia đình tốt nhất hiện nay” để chọn được sản phẩm phù hợp.

Hapigo hy vọng qua bài viết này bạn đã hiểu hơn về máy cảm biến tự động phát hiện người và tìm được sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu của mình.