Mendesain Detektor Gerakan Tahan Bantah: Solusi Inframerah Hemat Komponen yang Andal

Artikel ini membahas beberapa konsep untuk memastikan desain detektor gerakan tahan terhadap gangguan eksternal dengan menyajikan rangkaian detektor inframerah yang dapat secara signifikan mengurangi jumlah komponen dan meningkatkan kinerja serta keandalan produk.

Rumah pintar dan gedung mendapat manfaat dari teknologi cerdas yang memungkinkan mereka menjadi lebih nyaman, lebih aman, dan lebih hemat energi. Gambar 1 menunjukkan rentang produk yang luas yang tersedia untuk rumah dan gedung. Produk-produk ini dapat dipantau dan dikontrol secara otomatis oleh konsumen di rumah mereka dan petugas manajemen gedung.

Satu produk yang menggabungkan kenyamanan, keamanan, dan konservasi energi adalah detektor gerakan inframerah. Detektor gerakan inframerah merasakan keberadaan orang di suatu area dan kemudian dapat mengaktifkan pencahayaan, sistem HVAC, atau alarm. Jika detektor gerakan menyediakan fungsi keamanan, maka perlu beroperasi secara andal 24 jam sehari, 7 hari seminggu.

 

Gambar 1. Perangkat cerdas yang memungkinkan keamanan, kenyamanan, keselamatan, dan manajemen energi yang efisien di rumah dan gedung

 

Teknologi inframerah pasif adalah teknologi terdepan untuk deteksi gerakan karena kombinasi kinerja andal dan biaya rendah. Pasar mengalami lajurtumbuhan tahunan yang komposit lebih dari 13% dan diharapkan melebihi $3,5 miliar pada tahun 2025¹. Faktor yang mendorong pertumbuhan antara lain:

• Permintaan rumah tangga untuk keamanan menggunakan pengawasan
• Pengurangan biaya pemasangan dengan konektivitas nirkabel dan jaringan IoT
• Inisiatif pemerintah untuk konservasi energi yang diadopsi di sektor publik dan komersial
• Pasar yang tumbuh menawarkan peluang untuk desain inovatif baru
   

Komponen Perlindungan, Kontrol, dan Pemerolehan 

Karena detektor gerakan inframerah pasif digunakan baik untuk pemantauan indoor maupun outdoor, produk-produk ini harus tahan terhadap gangguan lingkungan. Jika detektor dipasok oleh jalur AC, mereka harus mampu menahan beban arus berlebih dan transien tegangan yang dapat menyebar pada jalur listrik AC. Selain perlindungan sirkuit, kontrol yang efisien dan kinerja pemerolehan yang andal sangat penting untuk produk berkualitas.

Gambar 2 menunjukkan contoh detektor gerakan inframerah dan menunjukkan komponen perlindungan, kontrol, dan pemerolehan yang direkomendasikan untuk meningkatkan keandalan dan kinerja produk. 

 

Gambar 2. Contoh detektor gerakan inframerah pasif yang menunjukkan komponen perlindungan, kontrol, dan pemerolehan yang direkomendasikan

 

Dalam Gambar 3, kami menunjukkan diagram blok detektor gerakan inframerah pasif, dan kami menunjukkan di dalam sirkuit mana komponen perlindungan, pemerolehan, dan kontrol yang direkomendasikan harus ditempatkan. Kami akan membahas setiap blok tempat komponen direkomendasikan.

 

Gambar 3. Diagram blok detektor gerakan inframerah pasif yang menunjukkan sirkuit tempat komponen yang direkomendasikan berada

 

Tahap Daya AC/DC

Tahap daya AC/DC menyediakan daya DC untuk blok sirkuit lain. Sirkuit ini terhubung dengan jalur listrik AC dan tundur terhadap lonjakan arus berlebih dan transien tegangan berlebih. Transien tegangan berlebih dan lonjakan arus dapat timbul dari colupan petir, lonjakan induktif dari nyala dan padam motor, dan transien dari variasi tegangan jalur listrik.

Terhadap gangguan potensial ini, kami merekomendasikan varistor oksida logam (MOV) sebagai garis pertahanan pertama untuk papan tahap daya AC/DC. Letakkan MOV sedekat mungkin dengan masuknya tegangan AC pada sirkuit untuk meminimalkan jalur penyebaran transien jalur AC pada papan sirkuit. Pilih MOV dengan karakteristik ini:

• Serapan yang aman hingga 10 kA arus lonjakan puncak atau 150 J energi pulsa untuk melindungi sirkuit downstream dari colupan petir
• Tegangan clamping rendah yang tidak akan merusak sirkuit downstream
• Rentang suhu operasi untuk memastikan komponen akan berfungsi dalam rentang lingkungan yang ditentukan detektor (versi MOV dengan lapisan fenolik dapat beroperasi dengan aman hingga 125 °C)
• Diakuisikan UL atau IEC untuk mengurangi waktu kualifikasi oleh laboratorium standar nasional yang diakui

Di output Tahap Daya AC/DC, kami menyarankan Anda menggunakan dioda penekan transien (TVS) untuk perlindungan lebih lanjut terhadap semua sirkuit beban pada pasokan daya. Dioda TVS akan meminimalkan stres transien pada komponen daya dalam berbagai sirkuit beban. Dioda TVS menawarkan manfaat ini untuk perlindungan sirkuit:

• Serapan hingga 600 W daya pulsa puncak atau 100 A arus lonjakan puncak 
• Perlindungan ESD yang dapat mencapai 30 kV baik dari colupan melalui udara atau kontak langsung 
• Respons ultra-cepat, di bawah 1 ps, terhadap transien
• Versi yang memiliki tegangan clamping seendah 10 V
• Pengakuan komponen UL atau IEC

Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4, dioda TVS dapat berarah dua arah, dua dioda berurutan dalam satu kemasan, atau satu arah, satu dioda. Selain fitur perlindungannya, dioda TVS mengonsumsi daya sedikit. Dalam operasi normal bebas gangguan, komponen menarik di bawah 1 µA.  Akhirnya, versi permukaan montir dari dioda TVS tersedia untuk menghemat ruang papan sirkuit.

 

Gambar 4. Dioda TVS berarah dua arah dan satu arah untuk perlindungan dari ESD dan transien listrik lainnya

 

Sensor Gerakan dan Mikrokontroler

Elemen utama detektor inframerah pasif adalah sensor radiasi inframerah dan unit mikrokontroler. Perhatikan bahwa paket lengkap tersedia yang mencakup sensor, lensa, dan unit mikrokontroler (Lihat Gambar 5). Paket lengkap menawarkan:

• Pengurangan daftar biaya bahan desain karena sensor terhubung langsung ke chip mikrokontroler. 
• Mikrokontroler yang berisi semua sirkuit yang diperlukan untuk desain lengkap elektronik deteksi dan pemrosesan. Mikrokontroler berisi CPU, RAM, timer, komparator, konverter A/D, antarmuka komunikasi, dan firmware untuk sensor. 
• Sensor dua elemen atau empat elemen yang, digabungkan dengan lensa, dapat menawarkan berbagai opsi untuk bidang penglihatan yang berbeda. 
• Desain yang memungkinkan penggunaan kapasitor keramik yang lebih murah dan lebih kecil dibandingkan penggunaan kapasitor elektrolitik umum yang memiliki kebocoran lebih tinggi dan umur produk yang lebih pendek
• Algoritma detektor gerakan canggih yang menyediakan manajemen sensitivitas, jangkauan, dan bidang deteksi
• Fleksibilitas dalam mikrokontroler untuk memungkinkan implementasi fitur aplikasi yang ditentukan pengguna

Untuk hemat daya, cari rangkaian yang memiliki mode daya rendah ketika tidak ada gerakan terdeteksi. Gambar 6 menunjukkan contoh paket detektor gerakan inframerah. Gabungan paket terintegrasi dengan lebih sedikit komponen dan tanpa kapasitor elektrolitik meningkatkan keandalan produk secara keseluruhan, menghemat ruang papan sirkuit, dan mengurangi biaya.

 

Gambar 5. Diagram blok kombinasi lensa, sensor, dan mikrokontroler rangkaian

 

Gambar 6. Contoh rangkaian detektor gerakan inframerah lensa-sensor-mikrokontroler. Rangkaian ini berasal dari Zilog. Lensa dan sensor berada di atas papan. Mikrokontroler berada di bawah sensor.

 

Alarm 

Sirkuit alarm diaktifkan ketika sensor inframerah mendeteksi sejumlah gerakan yang sesuai. Sirkuit biasanya akan mendorong lampu LED berkedip atau kombinasi lampu LED dan speaker. Sirkuit alarm akan membutuhkan komponen kontrol untuk mengaktifkan perangkat eksternal. Pertimbangkan rel reeds atau rel status padat, keduanya akan menyediakan isolasi galvanis dari penggerak daya tinggi dari sirkuit logika daya rendah. Rel status padat menawarkan umur yang lebih lama untuk kontak penggerak output, sedangkan rel reeds menawarkan konsumsi daya lebih rendah. 

Rel reeds tersedia dalam kemasan single-in-line kompak. Anda juga dapat mendapatkan rel reeds dengan dioda penekan balik EMF bawaan untuk melindungi sirkuit penggerak gulungan dan dengan opsi perisai magnet untuk mencegah EMI gulungan masuk ke sirkuit kontrol. Selain itu, kontak rel reeds memiliki umur yang lebih lama daripada rel elektromekanis konvensional, dan relatif tidak terpengaruh oleh rentang suhu lingkungan yang luas. 

Rel status padat memasangkan kontrol secara optik antara LED input dan transistor fotodetektor output. Rel status padat dapat memiliki isolasi hingga 1500 Vrms antara input dan output. Banyak dirancang untuk menghilangkan generasi EMI/RF dengan logika yang memulai switching di persimpangan nol tegangan. Versi rel status padat dapat memiliki arus kebocoran output off-state rendah di bawah 1 µA untuk meminimalkan konsumsi daya. Mereka tersedia dalam kemasan permukaan montir yang hemat ruang.

Pilihan Anda dari komponen penggerak akan tergantung pada memastikan kontak atau output memiliki kapasitas penggerak yang cukup untuk jenis output yang akan digunakan. Ukuran, konsumsi daya, dan biaya akan menjadi faktor lain yang akan Anda pertimbangkan dalam pilihan komponen penggerak. 

 

Standar Keselamatan untuk Detektor Gerakan Inframerah Pasif

Tabel 1 mencantumkan standar kritis yang desain Anda perlu patuhi agar dapat disertifikasi dan menerima penerimaan pasar. Mematuhi standar ini sebagai bagian dari proyek pengembangan akan mengurangi biaya sertifikasi dan mengurangi waktu sertifikasi. Mematuhi standar IEC akan memungkinkan penjualan produk Anda di seluruh wilayah dunia.

 

Tabel 1. Standar yang Mengatur Keselamatan dan Persyaratan Operasional Minimum untuk Detektor Gerakan Inframerah Pasif

 

Desain Tahan Bantah dan Andal Dapat Memiliki Jumlah Komponen Rendah dan Biaya Pengembangan Rendah

Untuk desain detektor inframerah, desain yang tahan bantah hanya memerlukan beberapa komponen perlindungan. Anda dapat memanfaatkan paket lensa/sensor/mikrokontroler untuk mengurangi jumlah komponen dan memaksimalkan keandalan produk. Pastikan Anda menyertakan kepatuhan standar sebagai elemen penting proyek pengembangan untuk menghemat waktu dan biaya sertifikasi. Kami menyarankan Anda memanfaatkan keahlian aplikasi produsen untuk membantu menghemat waktu dalam pemilihan komponen perlindungan dan kontrol dan menghemat waktu desain yang signifikan. Produsen juga dapat memberikan panduan tentang standar mana yang berlaku untuk desain dan memberikan panduan tentang bagaimana memastikan kepatuhan. Rekomendasi ini akan membantu Anda mencapai desain yang tahan bantah dan andal yang akan mengakibatkan kurang kegagalan lapangan dan produk yang lebih hemat biaya dan menguntungkan.
 

Referensi

1.) Occupancy Sensor Market. Markets and Markets. Juli 2020.
 

Literatur Referensi

Untuk mempelajari lebih lanjut, unduh Building Automation Application Guide dan Circuit Protection Selection Guide, dengan izin Littelfuse, Inc.

Industry Articles adalah bentuk konten yang memungkinkan mitra industri untuk berbagi berita, pesan, dan teknologi yang berguna dengan pembaca All About Circuits dengan cara yang konten editorial tidak cocok untuknya. Semua Industry Articles tunduk pada pedoman editorial yang ketat dengan niat untuk memberikan pembaca berita, keahlian teknis, atau cerita yang berguna. Titik pandang dan opini yang diekspresikan dalam Industry Articles adalah milik mitra dan tidak secara harusnya milik All About Circuits atau penulisnya.