Jít na vyhledávání

Detektory a senzory

Výklad

Inteligentní dům je protkán různými čidly a senzory, monitorujícími běžné parametry i výskyt nebezpečných situací (Zdroj: © phonlamaiphoto / stock.adobe.com)

Inteligentní dům je protkán různými čidly a senzory, monitorujícími běžné parametry i výskyt nebezpečných situací

Čidla a senzory jsou smyslovými orgány chytrého domu. Do centrálního řídicího centra přinášejí analogové a digitální informace měřené v různých místech domácnosti. Na základě těchto informací se řídicí program v automatickém režimu rozhoduje, jestli má spustit topení, rozsvítit určitá světla, spustit naprogramovanou muziku, nebo upozornit uživatele na neobvyklou situaci, například na překročení koncentrace škodlivých látek ve vzduchu nebo výskyt vody ve sklepě, případně na jiné hrozící nebezpečí. Řídicí systém pak spustí předdefinovanou akci – uvědomí majitele, případně přivolá záchranné a bezpečnostní složky.

Většinou jsou čidla a senzory jednoduchá a jednoúčelová zařízení, i když se lze setkat s kombinovanými senzory, monitorujícími hned několik stavových veličin. Čidla mohou naměřené hodnoty posílat přímo do řídicího systému, alternativně mohou fungovat samostatně, změřené hodnoty jenom zobrazovat a interpretaci stavu v tomto případě nechávají na uživateli.

Některá čidla mají vlastní zobrazovací jednotku a působí autonomně, jiná čidla jsou součástí řídicího systému chytré domácnosti (Zdroj: © cegli / stock.adobe.com)

Některá čidla mají vlastní zobrazovací jednotku a působí autonomně, jiná čidla jsou součástí řídicího systému chytré domácnosti

K nejčastěji používaným senzorům v instalacích chytrých domů patří teplotní a pohybové senzory, meteorologické senzory, dále detektory plynů, kouře a oxidu uhličitého, bezpečnostní okenní a dveřní kontakty, méně často se vyskytují detektory vibrací a úrovně vody. Instalace většiny čidel a senzorů chytré domácnosti je jednoduchá a nevyžaduje složité stavební úpravy. Moduly senzorů totiž často komunikují bezdrátově a automaticky se připojují do domácí sítě i k centrální řídicí jednotce.

Teplotní a vlhkostní senzory

Externí teplotní čidlo na vnější fasádě domu je součástí domácí meteostanice zapojené do řídicí jednotky chytrého domu (Zdroj: © Proxima Studio / stock.adobe.com)

Externí teplotní čidlo na vnější fasádě domu je součástí domácí meteostanice zapojené do řídicí jednotky chytrého domu

Teplotní senzory, měřící teplotu v jednotlivých místnostech, najdou uplatnění především v regulaci topení. Podle aktuální teploty, nastaveného harmonogramu topení a dalších faktorů se řídicí systém rozhoduje, jestli a jakou intenzitou má v zimě přitopit nebo v létě chladit. Signál z teplotních čidel v místnosti vstupuje také do systému automatického řízení zatahování žaluzií a předchází tím přehřátí interiéru. Ve speciálních místnostech, jako jsou sauny, vnitřní bazény a koupelny, jsou teplotní čidla doplňována o senzory měřící relativní vlhkost. Optimální teplotní a vlhkostní podmínky v těchto místnostech pak zabezpečuje kombinace topení a rekuperačního větrání.

Kromě teploty vzduchu v místnostech chytrého domu a v jeho okolí, snímají teplotní čidla rovněž teploty jiných médií, důležitých pro další spotřebu energií v domácnosti. Senzory hlídají teplotu vody v bazénech a vířivkách nebo například poskytují řídicímu systému informaci o zapálení krbu a tím dávají impulz k útlumu topení v dané místnosti.

Velká část snímačů teploty je založena na odporovém principu – změně odporu čidla v závislosti na změně teploty (Zdroj: © ra3rn / stock.adobe.com)

Velká část snímačů teploty je založena na odporovém principu – změně odporu čidla v závislosti na změně teploty

Teplotní senzory jsou většinou založeny na odporovém principu, kdy změna okolní teploty vyvolává změnu elektrického odporu měřící součástky. Změřením úbytku napětí na této součástce lze pro daný typ senzoru poměrně přesně určit její teplotu.

Pohybové senzory a senzory přítomnosti

Instalace pohybového detektoru v místnosti chytrého domu (Zdroj: © Andrey Popov / stock.adobe.com)

Instalace pohybového detektoru v místnosti chytrého domu

Pohybový senzor byl v minulosti převážně spojován se zabezpečením domácnosti pomocí různých alarmů. S příchodem chytrých domů se pole působnosti těchto senzorů značně rozšířila. Už nejen spouští alarm při pohybu nezvaných návštěv, ale dokáží při vstupu do místnosti automaticky rozsvítit světla, nebo naopak, když v místnosti po určitý čas není žádný pohyb, řídicí systém dříve zapnutá světla vypne. Uvedená funkce je užitečná třeba ve sklepě, nebo když jde někdo v noci na toaletu. Stejně jako světla může pohybový senzor v místnosti spouštět hudbu.

Častým využitím pasivních infračervených detektorů pohybu v exteriérech je jejich spojení s osvětlovacím tělesem (Zdroj: © DD Images / stock.adobe.com)

Častým využitím pasivních infračervených detektorů pohybu v exteriérech je jejich spojení s osvětlovacím tělesem

Často slouží pohybové senzory i jako senzory přítomnosti osob v místnosti. Signály pohybových čidel jsou zavedeny do řídicího centra a představují například doplňující informaci při regulaci topení. Když v místnosti nikdo není, systém v ní sníží požadovanou teplotu (utlumí topení) a tím šetří náklady na vytápění. Když do místnosti někdo vstoupí a pohybové čidlo jej zaregistruje, systém v místnosti opět přitopí. Způsobů využití čidel pohybu je samozřejmě více a pravděpodobně další způsoby využití budou přibývat.

Podle principu práce existují tři základní typy pohybových senzorů. Nejpoužívanějším je určitě pasívní infračervený detektor (PIR) registrující indukovaný náboj, způsobený dopadem infračerveného záření na povrch pyroelektrického materiálu. Druhým typem je vysokofrekvenční senzor pohybu (HF), který, podobně jako radar, reaguje na změnu homogenity elektromagnetického pole v zorném poli čidla. Třetím typem pohybových senzorů je ultrazvukové čidlo (US) pracující na frekvenci 44 kHz a měřící čas odezvy vyslaného ultrazvukového signálu. Překážkou v zorném poli čidla se mění odražený signál a čidlo detekuje pohyb.

Meteorologické senzory

Meteorologické senzory na měření rychlosti (miskový anemometr) a směru větru (větrná korouhev) (Zdroj: © sinhyu / stock.adobe.com)

Meteorologické senzory na měření rychlosti (miskový anemometr) a směru větru (větrná korouhev)

Z meteorologických senzorů jsou v chytré domácnosti využitelné především: teploměr a vlhkoměr, snímač globální radiace, senzor větru a srážkový senzor. Senzor větru měří kontinuálně jeho rychlost pomocí některého z anemometrů. Nejznámějším je miskový anemometr, u kterého vítr roztáčí větrnou růžici s půlkulatými miskami a rychlost otáčení růžice se elektronicky převádí na rychlost větru. Na základě dosaženého maxima rychlosti i v době nepřítomnosti obsluhy dokáže řídicí systém v domě ochránit markýzy a žaluzie (zatažením) před potenciálním poškozením.

Srážkový senzor reaguje na déšť a sleduje objem srážek za určitý interval. Ve spojení s logikou chytrého domu může ovlivnit některé automatické činnosti – například když prší, nespustí se závlaha zahrady. Detekce deště a signály otevřených střešních oken mohou v systému generovat varovnou hlášku a upozornit majitele na nebezpečnou situaci.

Světelné senzory

Po dosažení určité hranice vnějšího osvětlení dává externí světelný senzor signál k rozsvícení světel na přístupových cestách (Zdroj: © krsmanovic / stock.adobe.com)

Po dosažení určité hranice vnějšího osvětlení dává externí světelný senzor signál k rozsvícení světel na přístupových cestách

Světelný senzor měří intenzitu světla v daném místě. Je použitelný v interiéru i v exteriéru. V interiéru hlídá hladinu potřebného světla, a když tato hladina poklesne, řídicí jednotka na základě přijatého signálu zapne v místnosti umělé osvětlení. V exteriéru povětšinou reagují světelné senzory na soumrak a spínají večerní osvětlení domu a přístupových cest nebo v průběhu noci vypínají zvonek u branky, aby obyvatelé nebyli rušeni, když spí. Signál ze světelných senzorů může taky určovat čas stažení žaluzií nebo uzavření zapomenutých garážových vrat.

Většina světelných senzorů pracuje na principu změny elektrického odporu působením dopadajícího elektromagnetického záření, především viditelného spektra, nebo využívají vnitřní fotoelektrický jev na PN přechodu polovodiče. Senzitivní optoelektrickou součástkou může být fotorezistor, fotodioda, fototranzistor a fototyristor. U fotorezistorů způsobuje dopadající světelné záření snížení odporu (elektrony přecházejí do vodivostního stavu), které se dá jednoduše měřit a registrovat.

Detektory kouře a nebezpečných plynů

Instalace detektoru kouře na stropě v místnosti je jednoduchá a rychlá (Zdroj: © Alexander Raths / stock.adobe.com)

Instalace detektoru kouře na stropě v místnosti je jednoduchá a rychlá

Výskyt kouře, oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého nebo jiných technických a odpadních plynů ve vzduchu může být značně nebezpečné. Proto se v chytré domácnosti instalují citlivé senzory, které tyto situace zaregistrují a informace předají řídicímu systému.

Dýcháním se do vzduchu uvolňuje oxid uhličitý. Jeho zvýšená koncentrace v místnosti negativně působí na zdraví obyvatel, způsobuje únavu a ztrátu koncentrace. V obytných místnostech je proto nutná kontrola kvality vzduchu a jeho pravidelná výměna. Chytré domy využívají k tomuto účelu systém nucené ventilace s rekuperací tepla, jehož výkon je řízen právě čidlem koncentrace CO2. Zcela nevyhnutná je instalace senzorů CO2 v dobře utěsněných pasivních a nízkoenergetických domech.

Správně umístěný detektor kouře plní roli požárního čidla a může zachránit nejen majetek, ale i lidské životy (Zdroj: © MM / stock.adobe.com)

Správně umístěný detektor kouře plní roli požárního čidla a může zachránit nejen majetek, ale i lidské životy

Senzory nebezpečných plynů a detektory kouře hlídají kvalitu vzduchu v interiéru. Po překročení hraničních hodnot jejich koncentrace řídicí systém okamžitě spouští předefinované bezpečnostní akce (spuštění odvětrání, uzavření přívodu plynu) a upozorňuje obyvatele na potenciální nebezpečí. Existuje několik typů detektorů a principů detekce plynů a kouře. Infračervený princip je například založen na definované absorpci a změně indexu lomu světla v přítomnosti detekovaného plynu. U elektrochemického principu procházejí molekuly měřeného plynu polopropustnou membránou a reagují s elektrolytem článku, čímž vzniká na elektrodách měřitelný potenciál. Další typy detektorů plynů využívají například katalytické spalování hořlavého plynu nebo princip ionizace plynu. Detektory kouře v místnosti jsou nejčastěji založeny na principu kontinuálního optického snímání detekční komory. Když se kouř dostane do komory, je změna odrazu světelného paprsku od kouře registrována zapojeným fotosenzorem.

Okenní a dveřní kontakty

Instalace dveřního kontaktu s bezdrátovým přenosem signálů do řídicího centra (Zdroj: © Andrey Popov / stock.adobe.com)

Instalace dveřního kontaktu s bezdrátovým přenosem signálů do řídicího centra

Okenní a dveřní kontakty nejsou v pravém smyslu senzory, ale spíše mikrospínače reagující na otevření nebo zavření dveří a oken. Kromě zapojení do zabezpečovacích systémů má smysl i jejich využití v logice chytrého domu. Informace o otevřených střešních oknech je důležitá například za deště. Systém v součinnosti se srážkovým senzorem okamžitě generuje upozornění o možném průniku srážek do objektu. Při větrání okny v zimě může řídicí systém na základě signálu z okenního kontaktu zavřít na přechodnou dobu topení a tím ušetřit náklady. Kontakty na dveřích mohou dávat pokyn k vytažení žaluzií nebo k rozsvícení na balkoně při otevření dveří. Naopak pokud budou některé dveře otevřené, budou se automaticky blokovat jiné funkce. Typickým příkladem je zamezení vytápění domácí sauny, pokud jsou její dveře otevřené.

Princip fungování okenních a dveřních kontaktů je jednoduchý. Spínač, který nejčastěji tvoří jazýčkové relé, je umístěn v plastovém pouzdru a umístěn například na pohyblivou část dveří. Druhý protikus s permanentním magnetem je umístěn těsně vedle spínače na horní část zárubně. Magnet svým působením přitahuje kontakty, které jsou sepnuty. Při otevření dveří (nebo okna) se protikusy od sebe vzdalují, magnet přestává působit na kontakty a ty se rozpojí.

Ostatní senzory

Instalace senzoru zaplavení dokáže podstatně zmírnit následky nepředvídatelných událostí, například poruchy pračky (Zdroj: © Bacho Foto / stock.adobe.com)

Instalace senzoru zaplavení dokáže podstatně zmírnit následky nepředvídatelných událostí, například poruchy pračky

V chytré domácnosti najdou uplatnění ještě další senzory a čidla hlídající specifické fyzikální veličiny. Jedním z nich může být třeba senzor zaplavení, reagující na výskyt vody na podlaze hlídané místnosti. Ať už je to vinou poruchy domácího spotřebiče připojeného k rozvodu vody nebo silného deště a lokálních záplav, čidlo spolehlivě informuje majitele objektu o nastalé situaci. Majitel pak může přijmout patřičná opatření, aby minimalizoval škody na vlastním majetku v důsledku výskytu vody v objektu.

Dalším užitečným pomocníkem může být ultrazvukový senzor. Obyčejně se používá ke zjišťování vzdálenosti. V chytrém domě se s ním lze setkat při měření hladiny vody ve studni nebo v nádrži na dešťovou vodu. Princip je založený na měření času, za který se ultrazvukový signál odrazí od překážky. Čím delší čas, tím vzdálenější překážka. Příkladů využití ultrazvukového senzoru je samozřejmě víc. Ve schránce může hlídat přítomnost dopisů, v garáži vzdálenost auta od stěny. V každém případě může poskytovat cenné informace pro spolehlivé a bezproblémové fungování chytrého domu.

Vrátit se nahoru
detail