В жилых помещениях нередко возникает необходимость в дежурном освещении — мягкой подсветке, которая включается только при появлении человека. Такое освещение особенно удобно в коридорах, санузлах, кладовых и других зонах, где постоянный свет не требуется, но важны комфорт и безопасность.

Сегодня на рынке представлено множество готовых решений — от инфракрасных до микроволновых (радарных) датчиков движения, а также устройств на их основе. Однако большинство из них рассчитано на сетевое питание, имеет избыточный функционал и, как следствие, потребляет неоправданно много энергии для столь простой задачи — обнаружения присутствия человека и включения освещения.

В данной работе рассматривается экономичное решение на базе радарного датчика LD2410S с током потребления около 1,5 мА. Устройство рассчитано на прямое подключение к аккумуляторному питанию с напряжением от 9 до 55 В, что охватывает практически весь диапазон батарей, применяемых в ИБП и инверторных системах. Такой подход обеспечивает бесперебойную работу дежурного освещения независимо от состояния промышленной электросети.

Несмотря на низкое энергопотребление, датчик способен напрямую коммутировать нагрузку мощностью до 100 Вт, чего более чем достаточно для современных светодиодных светильников. Это позволяет создать автономную, надёжную и энергоэффективную систему дежурного освещения без применения дополнительной управляющей электроники. В отличие от инфракрасных датчиков, радарный датчик уверенно обнаруживает присутствие человека даже в неподвижном состоянии.

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке 1, а схема его подключения — на рисунке 2. Они наглядно демонстрируют состав основных узлов и взаимосвязи между ними.

Питание от аккумуляторной батареи подаётся на разъём CN1 и далее поступает на экономичный импульсный преобразователь U1. Именно он обеспечивает работу устройства в широком диапазоне входных напряжений — от 9 до 55 В.

С выхода преобразователя U1 формируется стабилизированное напряжение 5 В, которое используется для питания второго преобразователя U2. Этот узел понижает напряжение до 3,3 В, необходимого для корректной работы радарного датчика обнаружения присутствия U3.

Выходной сигнал датчика (вывод OT2) управляет MOSFET-транзистором Q1, который выполняет коммутацию нагрузки. Осветительный прибор подключается к разъёму CN2 и включается только при обнаружении присутствия человека.

Схема подключения датчика показана на следующем рисунке. К входному разъёму CN1 подключается аккумуляторная батарея, а к выходному разъёму CN2 — осветительный прибор.

Следует учитывать, что при использовании светодиодной лампы, что крайне желательно для сохранения общего энергосберегающего режима работы автономной системы, необходимо соблюдать полярность её подключения. В данной схеме питание на лампу подаётся через датчик SENSOR1 от того же аккумулятора, который используется для питания всех остальных узлов устройства.

Для первичного преобразования напряжения в схеме применяется DC-DC преобразователь U1 — модуль на микросхеме LX8015. Точная маркировка микросхемы производителями обычно не указывается, однако принципиально важно, чтобы входное напряжение находилось в диапазоне 5–80 В, а выходное составляло стабильные 5 В. На практике реальный рабочий диапазон может быть несколько уже. Внешний вид модуля показан на рисунке 4.

Если габариты модуля не являются критичными, допускается применение любого другого DC-DC преобразователя с аналогичными параметрами. При этом следует учитывать, что ток потребления устройства может отличаться от заявленного.

Второй понижающий преобразователь U2 также выбран с учётом экономичности. Для этой задачи хорошо подходит L78L33A, формирующий напряжение 3,3 В, необходимое для работы следующего по схеме модуля U3.

Основным элементом, определяющим работу всего устройства, является датчик присутствия человека U3. Подобные датчики широко представлены в магазинах радиоэлектронных компонентов, однако наименьшее энергопотребление демонстрирует именно модель HLK-LD2410S.

В качестве альтернативы можно рассмотреть датчик HLK-LD2420. Но следует учитывать, что при его использовании ток потребления всей схемы в дежурном режиме возрастёт примерно в 4–5 раз.

Для выходного ключа Q1 подходят следующие MOSFET-транзисторы: IRLZ24N, FQP30N06L, IRLZ44N, IRLZ34N. Их отличительной особенностью является низкий порог открытия — от 2 В. Для уменьшения высоты печатной платы данные транзисторы требуется использовать в корпусе TO-262 (с обрезанным фланцем), примеры: IRFSL3306PBF, IRLZ24NL.

В качестве лампы можно применить любую, на соответствующее напряжение и мощностью — до 100 Вт. Автор рекомендует LED-лампы с паспортным диапазоном напряжений от 12 до 80 В, например. В этом случае вы совершенно не зависите от степени разрядки аккумуляторов, да и от их рабочего напряжения.

На рисунке 5 показана схема, собранная на монтажной плате. Профессиональную плату, с учётом всех особенностей датчика, а также файл для 3D-печати корпуса, можно посмотреть чуть ниже. На фото 6 показан вариант настенного размещения датчика рядом с лампой. Крепление выполнено с помощью двустороннего скотча, что позволяет обойтись без сверления.

При правильно собранной схеме настройка может потребоваться только для датчика LD2410S. Все остальные элементы схемы не настраиваются, и начинают работать сразу после подачи питания.

По умолчанию датчик LD2410S настроен на максимально высокую чувствительность, которая на практике часто оказывается избыточной, особенно при использовании в небольших помещениях. В таких условиях датчик может реагировать на присутствие человека даже через стену, из-за чего освещение фактически не выключается.

Существует два способа уменьшения чувствительности датчика: программный и аппаратный.

Программный способ предполагает подключение к LD2410S по интерфейсу UART и настройку рабочих параметров с помощью специализированного программного обеспечения. В рамках данной работы этот метод рассматриваться не будет, поскольку он уже подробно описан в официальной документации здесь и здесь.

Гораздо больший интерес представляет аппаратный способ снижения чувствительности, экспериментально проверенный автором и не описанный в доступной документации. Простое экранирование датчика проводящими или диэлектрическими материалами не даёт желаемого результата — в таких условиях датчик начинает работать нестабильно и непредсказуемо.

В ходе экспериментов был подобран материал, который эффективно поглощает излучение датчика, при этом внося минимальные искажения в его работу. Таким материалом оказались два кольца из нанокристаллина размерами 4,3×7,2×3 мм (core ring 0703). Каждое кольцо приклеивается непосредственно на излучатель датчика, как схематически показано на рисунке слева. Феррит для этих целей, как показала практика, не работает.

Как видно из приведённых выше иллюстраций, устройство без труда собирается на обычной монтажной плате. Однако при необходимости более аккуратного и профессионального исполнения ниже приведён вариант реализации, ориентированный на изготовление полноценной печатной платы размерами 62x31 мм.

Примечание к плате. Разъёмы CN1 и CN2 могут быть любыми, с расстоянием между ножками 5 мм. Автор применил следующие: DB302-5.0-2P-GN-S.

Радарный модуль U3 рекомендуется запаивать с небольшим углом наклона таким образом, чтобы после установки плоскость двух антенных элементов, расположенных на плате модуля, была ориентирована в сторону контролируемой площади помещения.

Далее представлены файлы для 3D-печати корпуса датчика. Конструкция корпуса разработана с учётом специфики радарного модуля и не оказывает заметного влияния на его работу.