Одним из важнейших факторов комфорта жильцов многоквартирных домов является качественное освещение в подъезде. При этом расходы на освещение подъездов составляют значительную долю общедомовых затрат. Зачастую освещение лестничных площадок осуществляется обычными лампами накаливания, которые работают, в том числе и в светлое время суток, а проблема перерасхода электроэнергии решается путем банального выкручивания некоторой части из них.

Отсюда вытекает вопрос о возможности организации освещения лестничных площадок другим, более экономичным и технологичным способом. Данная проблема заинтересовала меня потому, что я сталкиваюсь с ней каждый день и хотел бы найти способ ее решения на примере своего подъезда.

Цель: создать устройство автоматизации освещения лестничных площадок многоквартирных домов.

Задачи:

1. Ознакомиться с основными проблемами организации освещения подъездов жилых домов.
2. Ознакомиться с существующими технологиями освещения подъездов жилых домов, и выбрать наиболее выгодную с экономической точки зрения концепцию устройства, отвечающую требованиям технологичности.
3. Сконструировать и изготовить устройство автоматизации освещения лестничных площадок, реализующие цели экономии электроэнергии.

Объект исследования: Освещение лестничных площадок многоквартирных домов.

Предмет исследования: Причины нерационального использования электрической энергии для освещения подъездов многоквартирных домов.

Проблемы организации освещения подъездов жилых домов

Любой подъезд жилого дома в соответствии с требованиями санитарных норм должен быть оборудован искусственным освещением. (п. 3.2.2 СанПин 2.1.1/2.1.1.1278-03). Как правило, такое освещение организуется с применением ламп накаливания управляемых посредством стандартного выключателя расположенного на стене. Лампы накаливания являются бесперспективным и неэкономичным источником искусственного освещения по сравнению с современными люминесцентными и светодиодными лампами. Ситуация усугубляется неэффективным управлением освещением, которое как правило осуществляется жильцами самостоятельно. Освещение включается на лестничной площадке с наступлением темноты и выключается (к сожалению, не всегда) с наступлением светлого времени суток. В итоге происходит не обоснованный расход электроэнергии. Проблема может быть решена применением современных экономичных источников света, а также с помощью средств автоматизации управления освещением лестничных площадок.

Поиск концепции будущего устройства

Устройство для автоматизации лестничного освещения можно изготовить разными способами как сточки зрения схемотехники, так и с точки зрения физического воплощения конечного продукта. Схематически устройство может быть реализовано как на дискретных компонентах, так и с применением цифровых интегральных микросхем, в том числе микроконтроллеров, а также готовых модулей.

Внешний вид законченного устройства может быть выполнено в виде готового устройства включающего в себя не только само устройство автоматизации, но и осветительный прибор, будучи интегрированным с ним. Другой вариант исполнения выглядит в виде устройства монтируемого вместо штатного выключателя, либо устройства монтируемого в непосредственной близости от осветительного прибора, на потолке.

На рынке в основном присутствуют модели, выполненные в виде законченного светильника, который заменяет штатный осветительный прибор. Что требует демонтажа последнего и соответственно монтажа нового. Представленные на рынке образцы оборудованы датчиком движения (присутствия) с целью включения освещения только в момент присутствия человека на лестничной площадке, а также фотодатчиком, для того чтобы включение освещения происходило только при недостаточной освещенности, что и обеспечивает экономию электроэнергии при использовании подобных средств автоматизации.

При этом датчик движения (присутствия) может быть выполнен по трем основным технологиям:

1. Инфракрасный датчик с линзой Френеля.
2. Акустический датчик.
3. Микроволновый датчик на эффекте Доплера.

Наиболее перспективной с технологической точки зрения мне видится сведущая идея:
Внешний вид устройства выбрать в виде законченного светильника, включающего в себя устройство автоматизации и осветительный прибор. Данный выбор продиктован тем что: вариант устройства выполненного в виде блока монтируемого вместо штатного выключателя кажется мне сложно реализуемым ввиду проблем связанных с питанием устройства. Дело в том, что, так как выключатель устанавливается в разрыв цепи питания осветительного прибора то к нему подходит только один полюс питающей сети, что не достаточно для организации питания устройства, а прокладывание второго полюса питающей сети к выключателю не всегда возможно, да и не технологично. Вариант готового устройства в виде блока монтируемого рядом со штатным осветительным прибором, несмотря на его меньшую стоимость, не видится мне рациональным ввиду сложности его установки при наличии скрытой проводки.

Наиболее рациональной технологией обнаружения присутствия человека мне видится – микроволновый датчик на эффекте Доплера. По ряду причин: микроволновый датчик в отличие от инфракрасного не предъявляет требований к месту установки и способен регистрировать движение через закрывающие его преграды. Также микроволновый датчик не требует от человека, каких либо дополнительных манипуляции (хлопок в ладоши) в отличие от датчика акустического. К тому же на рынке электронных компонентов представлены готовые модули микроволновых датчиков движения совмещенных с датчиком освещенности, стоимость которых, ввиду массового производства в Китае, невелика.

Из выше сказанного следует, что с точки зрения схемотехники наиболее рационально реализовать устройство с применением готового модуля микроволнового датчика движения совмещенного с датчиком освещенности.

Конечная идея

Конечная идея состоит в том, чтобы использовать готовый серийный модуль микроволнового датчика движения на эффекте Доплера RCWL-0516:



В основу работы датчика положен эффект Доплера – изменение частоты отраженной волны, вследствие движения отражающей поверхности. Модуль имеет штатную возможность подключения фоторезистора для организации управления работой модуля в зависимости от освещенности. Порог срабатывания датчика освещенности устанавливается подбором резистора, место для монтажа, которого предусмотрено на плате модуля. Также на плате модуля предусмотрено место для установки конденсатора отвечающего за определение временного промежутка, в течение которого лампа будет включена после срабатывания датчика движения. Таким образом, принцип работы готового устройства будет следующим: при обнаружении движения в зоне действия датчика, и при условии недостаточной освещенности будет происходить включение освещения на определенный промежуток времени достаточный для преодоления лестничного пролета.

Технические характеристики модуля:

• Напряжение питания 4-28 v постоянного тока
• Потребляемый ток: до 3 мА
• Дальность обнаружения: до 9 м
• Мощность передатчика: до 30 мВт
• Диапазон рабочих температур: -40-+100 С
• Габариты: 17,3x35,9 мм
• Вес: 4 гр.

Датчик имеет 5 выводов:

• OUT выход датчика(устанавливается в логическую 1 при наличии движения) максимальная нагрузка 100 мА
• VIN вход напряжения питания +4-28v
• GND вход питания (-)
• 3V3 выход стабилизатора 3,3v
• CDS вход разрешения работы
• CDS выводы на противоположной стороне модуля для подключения фоторезистора.

Ввиду того модуль питается от низкого постоянного напряжения ему нужен будет блок питания. Самым простым вариантом реализации блока питания, учитывая то, что модуль потребляет незначительный ток, в данном случае будет применение бестрансформаторного блока питания, так он наиболее прост и имеет малые габариты и стоимость. Также ввиду того, что устройство будет управлять высоковольтной нагрузкой, понадобится соответствующий исполнительный элемент схемы. В качестве, которого выбран мощный полевой транзистор фирмы IRF740, выбор был продиктован соответствием его электрических параметров требуемым, а также малым сопротивлением открытого канала транзистора, что обеспечит малую рассеиваемую на транзисторе мощность и соответственно отсутствие необходимости применять радиатор, что положительно скажется на стоимости и массогабаритных показателях устройства. Итого примерная схема устройства выглядит следующим образом:

Рис.1


Диоды D1-D4 образуют выпрямительный мост, пульсирующие напряжение с которого подаётся на параметрический стабилизатор образованный элементами R1, D5, C1. Отфильтрованное конденсатором C1 напряжение 12 вольт (именно на это напряжение рассчитан стабилитрон D5) с выхода стабилизатора подается на входы питания модуля. Так как ток потребления модуля не велик на резисторе R5 выделяется незначительная мощность. В момент срабатывания датчика на выходе модуля появляется напряжение логической единицы, которое подается на затвор транзистора Q1, что приводит к его открыванию и коммутации нагрузки.

Нагрузкой устройства служит светодиодная лампа мощность до 10 Вт.

В данной схеме она питается неизменным по направлению, пульсирующим током, что, впрочем, никак не отражается на ее работоспособности.

В качестве корпуса готового устройства будет применен готовый пластиковый светильник, рассчитанный на применение современных светодиодных ламп, полимерный материал корпуса светильника обеспечит безопасность устройства, ввиду применения в нем бестрансформаторного блока питания.

Себестоимость изделия не превышает стоимости промышленных изделий, но в то же время превосходит его по техническим характеристикам, что доказывает целесообразность изготовления данного устройства своими руками.

Самоанализ проделанной работы

В ходе работы над проектом я решил все поставленные перед собой задачи по решению проблемы освещения подъездов многоквартирных домов. Также мне довелось узнать о существующих технологиях обнаружения движения, их различиях, достоинствах и недостатках. Научился рассчитывать параметрический стабилизатор. Познакомился с принципом действия и отличительными особенностями полевых транзисторов с индуцированным каналом.