Mengembangkan Detektor Gerakan yang Kuat Tidak Harus Menjadi Target Bergerak

Artikel ini membahas beberapa konsep untuk memastikan desain detektor gerakan tahan terhadap gangguan eksternal dengan menghadirkan rakitan detektor inframerah yang dapat secara signifikan mengurangi jumlah suku cadang dan meningkatkan kinerja dan keandalan produk.

Rumah dan bangunan pintar mendapat manfaat dari teknologi cerdas yang memungkinkannya menjadi lebih nyaman, lebih aman, dan hemat energi. Gambar 1 menunjukkan berbagai macam produk yang tersedia untuk rumah dan bangunan. Produk ini dapat dipantau dan dikontrol secara otomatis oleh konsumen di rumah dan personel manajemen gedung mereka.

Salah satu produk yang memadukan kenyamanan, keamanan, dan penghematan energi adalah detektor gerak inframerah. Detektor gerak inframerah mendeteksi keberadaan di suatu area dan kemudian dapat mengaktifkan pencahayaan, sistem HVAC, atau alarm. Jika detektor gerakan menyediakan fungsi keamanan, maka detektor tersebut harus beroperasi dengan 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 penginderaan gerak karena kombinasi kinerja yang andal dan biaya rendah. Pasar mengalami tingkat pertumbuhan tahunan gabungan yang sehat lebih dari 13% dan diperkirakan akan melebihi $3,5 M pada tahun 2025 ¹ . Faktor-faktor yang mendorong pertumbuhan meliputi:

• Permintaan perumahan 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 berkembang menghadirkan peluang untuk desain baru yang inovatif
  

Komponen Perlindungan, Kontrol, dan Penginderaan

Karena detektor gerak inframerah pasif digunakan baik untuk pemantauan interior atau pemantauan luar ruangan, produk ini harus tahan terhadap gangguan lingkungan. Jika detektor ditenagai oleh saluran AC, detektor harus mampu menahan kelebihan arus dan transien tegangan yang dapat merambat pada saluran listrik AC. Selain perlindungan sirkuit, kontrol yang efisien dan kinerja penginderaan yang andal sangat penting untuk mendapatkan produk yang berkualitas.

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

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

Pada Gambar 3, kami menunjukkan diagram blok dari detektor gerak inframerah pasif, dan kami menunjukkan di sirkuit mana komponen perlindungan, penginderaan, dan kontrol yang direkomendasikan harus ditempatkan. Kami akan membahas setiap blok di mana komponen direkomendasikan.

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

Tahap Daya AC/DC

Tahap daya AC/DC menyediakan daya DC untuk blok sirkuit lainnya. Sirkuit ini berinteraksi dengan saluran listrik AC dan tunduk pada lonjakan arus lebih dan transien tegangan lebih. Transien tegangan lebih dan lonjakan arus dapat diakibatkan oleh sambaran petir, lonjakan induktif dari menghidupkan dan mematikan motor, dan transien dari variasi tegangan saluran listrik.

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

• Penyerapan aman hingga 10 kA arus lonjakan puncak atau 150 J energi pulsa untuk melindungi sirkuit hilir dari sambaran petir
• Tegangan penjepit rendah yang tidak akan merusak sirkuit hilir
• Kisaran suhu pengoperasian untuk memastikan komponen akan berfungsi di atas kisaran lingkungan yang ditentukan detektor (versi MOV dengan lapisan fenolik dapat beroperasi dengan aman hingga 125 °C)
• Diakui UL atau IEC untuk mengurangi waktu kualifikasi oleh lab standar yang diakui secara nasional

Pada keluaran Tahap Daya AC/DC, kami menyarankan Anda menggunakan dioda penekan transien (TVS) untuk perlindungan lebih lanjut dari semua rangkaian beban pada catu daya. Dioda TVS akan meminimalkan tegangan transien pada komponen daya di berbagai rangkaian beban. Dioda TVS menawarkan manfaat berikut untuk perlindungan sirkuit:

• Absorbansi daya puncak pulsa hingga 600 W atau arus lonjakan puncak 100 A
• Perlindungan ESD setinggi 30 kV baik dari serangan udara atau kontak langsung
• Respons ultra-cepat, di bawah 1 ps, untuk sementara
• Versi yang memiliki tegangan penjepit serendah 10 V
• Pengenalan komponen UL atau IEC

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, dioda TVS dapat berupa dua arah, dua dioda seri dalam satu paket, atau satu arah, satu dioda. Selain fitur perlindungannya, dioda TVS mengkonsumsi sedikit daya. Dalam operasi normal, bebas gangguan, komponen menarik di bawah 1 A. Terakhir, versi pemasangan permukaan dioda TVS tersedia untuk menghemat real estat papan pc.

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

Sensor Gerak dan MCU

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

• Pengurangan tagihan material desain karena sensor terhubung langsung ke chip mikrokontroler.
• Sebuah mikrokontroler yang berisi semua sirkuit yang diperlukan untuk desain lengkap untuk pendeteksian dan pemrosesan elektronik. Mikrokontroler berisi CPU, RAM, timer, komparator, konverter A/D, antarmuka komunikasi, dan firmware untuk sensor.
• Sensor dua elemen atau empat elemen yang, dikombinasikan dengan lensa, dapat menawarkan banyak opsi untuk berbagai bidang penglihatan.
• Desain yang memungkinkan penggunaan kapasitor keramik yang lebih murah dan lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan umum kapasitor elektrolitik yang memiliki kebocoran lebih tinggi dan masa pakai produk lebih pendek
• Algoritme pendeteksi gerakan lanjutan yang memberikan sensitivitas, jangkauan, dan bidang manajemen deteksi
• Fleksibilitas dalam mikrokontroler untuk memungkinkan penerapan fitur aplikasi yang ditentukan pengguna

Untuk penghematan daya, cari rakitan yang memiliki mode daya rendah saat tidak ada gerakan yang terdeteksi. Gambar 6 menunjukkan contoh paket detektor gerak inframerah. Kombinasi paket terintegrasi dengan lebih sedikit komponen dan tanpa kapasitor elektrolitik meningkatkan keandalan produk secara keseluruhan, menghemat ruang papan pc, dan mengurangi biaya.

Gambar 5. Diagram blok dari lensa kombinasi, sensor, dan rakitan mikrokontroler

Gambar 6. Contoh rakitan detektor gerak inframerah sensor-lensa-mikrokontroler. Perakitan ini dari Zilog. Lensa dan sensor berada di atas papan. Mikrokontroler berada di bawah sensor.

Alarm

Sirkuit alarm aktif ketika sensor inframerah mendeteksi jumlah gerakan yang sesuai. Sirkuit biasanya akan menggerakkan lampu LED yang berkedip atau kombinasi lampu LED dan speaker. Sirkuit alarm akan membutuhkan komponen kontrol untuk memberi energi pada perangkat eksternal. Pertimbangkan baik relay buluh atau relay solid-state, yang keduanya akan memberikan isolasi galvanik dari drive daya tinggi dari sirkuit logika daya rendah. Relai solid-state menawarkan masa pakai yang lebih lama untuk kontak penggerak keluaran, sementara relai buluh menawarkan konsumsi daya yang lebih rendah.

Reed relay tersedia dalam paket single-in-line yang ringkas. Anda juga bisa mendapatkan relai buluh dengan dioda penekan EMF belakang bawaan untuk melindungi sirkuit penggerak koil dan dengan opsi pelindung magnet untuk mencegah EMI koil memasuki sirkuit kontrol. Selain itu, kontak relai buluh memiliki masa pakai yang lebih lama daripada relai elektromekanis konvensional, dan mereka relatif kebal terhadap rentang suhu lingkungan yang luas.

Relai keadaan padat secara optik menggabungkan kontrol antara LED input dan transistor fotodetektor keluaran. Relay solid-state dapat memiliki isolasi sebanyak 1500 Vrms antara input dan output. Banyak yang dirancang untuk menghilangkan pembangkitan EMI/RF dengan logika yang memulai switching pada penyeberangan tegangan nol. Versi relai solid-state dapat memiliki arus bocor keluaran off-state rendah di bawah 1 A untuk meminimalkan konsumsi daya. Mereka tersedia dalam paket pemasangan di permukaan yang hemat tempat.

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

Standar Keamanan untuk Detektor Gerakan Inframerah Pasif

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

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

Desain yang Kuat dan Andal Dapat Memiliki Jumlah Komponen Rendah dan Biaya Pengembangan Rendah

Untuk desain detektor inframerah, desain yang kuat hanya memerlukan beberapa komponen perlindungan. Anda dapat memanfaatkan paket lensa/sensor/mikrokontroler untuk mengurangi jumlah suku cadang dan memaksimalkan keandalan produk. Pastikan Anda menyertakan kepatuhan standar sebagai elemen penting dari proyek pengembangan untuk menghemat waktu dan biaya sertifikasi. Kami menyarankan Anda memanfaatkan keahlian aplikasi pabrikan untuk membantu menghemat waktu dengan pemilihan komponen perlindungan dan kontrol serta menghemat waktu desain yang signifikan. Pabrikan juga dapat memberikan panduan tentang standar mana yang berlaku untuk desain dan memberikan panduan tentang cara memastikan kepatuhan. Rekomendasi ini akan membantu Anda mencapai desain yang kuat dan andal yang akan menghasilkan lebih sedikit kegagalan lapangan dan produk yang lebih hemat biaya dan menguntungkan.

Referensi

1.) Pasar Sensor Hunian. Pasar dan Pasar. Juli 2020.

Literatur Referensi

Untuk mempelajari lebih lanjut, unduh Panduan Aplikasi Otomasi Gedung dan Panduan Pemilihan Perlindungan Sirkuit, milik Littelfuse, Inc.

Artikel Industri adalah bentuk konten yang memungkinkan mitra industri untuk berbagi berita, pesan, dan teknologi yang bermanfaat dengan pembaca All About Circuits dengan cara yang tidak sesuai dengan konten editorial. Semua Artikel Industri tunduk pada pedoman editorial yang ketat dengan tujuan menawarkan kepada pembaca berita, keahlian teknis, atau cerita yang bermanfaat. Sudut pandang dan pendapat yang diungkapkan dalam Artikel Industri adalah milik mitra dan belum tentu milik All About Circuits atau penulisnya.