Detectores de movimento ou sensores de movimento?

O termo 'Detectores de movimento'pode ser usado para se referir a qualquer tipo de sistema de detecção usado para detectar movimentos; movimento de qualquer objeto ou movimento de seres humanos. No entanto, é utilizado principalmente para detectar movimento de seres humanos ou, em outras palavras, a presença de um corpo em uma determinada área. Uma imagem representacional de um dispositivo eletrônico, detector de movimento
Figura 1: Uma imagem representacional de um dispositivo eletrônico, detector de movimento
Um detector de movimento é um dispositivo eletrônico que detecta o movimento físico em uma determinada área/local designado e transforma o movimento em um sinal elétrico.
Os aplicativos para detectar movimento fazem isso:
• Gerar algum estímulo e sentir seu reflexo.
• Sentir alguns sinais gerados por um objeto.
Todos sensores de movimento indique a mesma coisa; que alguma condição mudou. Todos os sensores têm algum estado “normal”. Alguns sensores apenas reportam quando o estado “normal” é perturbado, outros também reportam quando a condição volta ao “normal”.
Sensores de movimento são comumente usados ​​em sistemas de segurança como gatilhos para luzes automáticas ou disparos para alarmes remotos e aplicações semelhantes. Os sensores de movimento funcionam com base em uma ampla variedade de princípios e são usados ​​em uma ampla variedade de aplicações. O uso típico pode ser nas portas ou janelas externas de um edifício para monitorar a área ao redor do edifício. Ao detectar movimento, eles geram um sinal elétrico a partir do qual algumas ações são realizadas. Alguns operam da mesma maneira que um exército radar scanner, enquanto outros funcionam com base em vibração, radiação infravermelha e até som. Todos esses diferentes tipos de sensores de movimento têm diferentes pontos fortes e fracos, que são importantes a serem considerados ao tomar a decisão de escolher um sensor de detecção de movimento de partículas.
TIPOS DE SENSORIZAÇÃO DE MOVIMENTO
Sensores de movimento são empregados para detectar diferentes tipos de movimento humano. Alguns são destinados à detecção de eventos locais, outros à detecção de área
• Sensoriamento Local
A detecção local implica a detecção de um movimento em locais designados. Alguns dos sensores de movimento comumente usados ​​para esta finalidade são
o Feixe de luz visível/infravermelha (LED/Laser)
o Interruptor de contato
o Sensores Piezoelétricos
o Sensores Piezoresistivos, etc.

• Sensoriamento de Área
A detecção de área implica a detecção de um movimento em um 'campo de visão (FOV)' específico. Sensores de movimento comumente empregados para tal aplicação são
o Detector de movimento infravermelho ativo/passivo
o Sensor de detecção de movimento por ultrassom
o Sensor de detecção de passos
o Sensor Doppler de microondas
o Vídeo

Detecção de movimento local

SENSOR DE MOVIMENTO LOCAL
• Detectores de movimento baseados em feixe de luz visível/infravermelha (LED/Laser)
Este tipo de sensor de movimento emprega o princípio do feixe de interrupção; em uma fonte de luz transmite um feixe de luz em direção a um receptor distante criando uma “cerca eletrônica”. Uma vez que um feixe é quebrado/interrompido devido a algum objeto opaco, a saída do detector muda e o circuito eletrônico associado toma as ações apropriadas. A fonte de luz usada pode ser uma fonte de luz visível ou uma fonte de luz infravermelha. Um diagrama que demonstra o princípio dos detectores de movimento baseados em feixe de luz infravermelha
Fig. 2: Um diagrama que demonstra o princípio dos detectores de movimento baseados em feixe de luz infravermelha
• Detectores de movimento baseados em interruptor de contato
Esses interruptores podem ser colocados sob o tapete e podem ser do tipo mais simples. No estado normal, o interruptor está aberto, mas quando uma pessoa passa por cima do tapete, os interruptores são fechados. O status da chave auxilia na detecção do movimento.
• Detectores de movimento baseados em sensores piezoelétricos/piezoresistivos
No lugar de chaves de contato, sensores piezoelétricos/piezoresistivos podem ser usados. Sensores piezoelétricos usam efeito piezoelétrico. Eles geram saída elétrica na aplicação de pressão. Sensores piezoresistivos alteram sua resistência com a aplicação de pressão. A mudança na resistência é medida para calcular a pressão aplicada, ou seja, o movimento sobre o sensor.

Sensores de movimento AR e PIR

DETECÇÃO DE MOVIMENTO EM UMA ÁREA
1. Detectores de movimento infravermelho ativos/passivos
O infravermelho é a porção do espectro eletromagnético que fica entre as microondas e a luz visível. O infravermelho tem comprimentos de onda maiores que a luz visível, mas mais curtos que as microondas. Os humanos, à temperatura corporal normal, irradiam mais fortemente no infravermelho, num comprimento de onda aproximado de 10 µm. Para detectar este sinal, é necessário um transdutor que converta o sinal infravermelho em saída elétrica.
Detectores de movimento infravermelhos ativos (IR) operar em conjunto com uma fonte de radiação. Eles são capazes de sentir interrupções na radiação que recebem, geralmente causadas pelo calor corporal de um intruso. Para detectar um intruso, portanto, o intruso deve passar através do campo gerado pela fonte de radiação. No entanto, eles não são muito comuns.
Quer seja para detectar “alguém se movendo no jardim da frente” ou “alguém se movendo através de uma porta”, Sensor infravermelho passivo (PIR) geralmente é o sensor de escolha. Existe um dispositivo eletrônico simples que é sensível ao “calor”, ou melhor, à luz infravermelha emitida por objetos quentes ou quentes (como os humanos). Os detectores de movimento infravermelho passivo (PIR) também operam com o mesmo princípio geral dos detectores de movimento infravermelho ativo, mas não requerem uma fonte de radiação. Em vez disso, eles são capazes de detectar mudanças na radiação infravermelha ambiente da área circundante. Os detectores PIR são o tipo de sensor de movimento mais amplamente utilizado.
Sensores infravermelhos passivos (PIR) reagem à energia térmica infravermelha emitida pelas pessoas. Os sensores PIR são dispositivos passivos porque detectam apenas radiação; eles não o emitem. Eles são projetados para serem sensíveis ao máximo a objetos que emitem energia térmica em um comprimento de onda de cerca de 10 mícrons (o comprimento de onda de pico da energia térmica emitida pelos humanos). Os sensores PIR são dispositivos estritamente de linha de visão. Eles não podem “ver” nos cantos e uma pessoa não será detectada se houver uma obstrução, como uma divisória, entre a pessoa e o detector.
A “lógica” do Sensor PIR é que ele deve detectar 'mudanças significativas' no nível normal de calor dentro do 'campo' de sua visão. Os circuitos que o controlam devem ser capazes de determinar o que é “normal” e depois fechar um interruptor quando o campo normal muda, como quando um ser humano passa à sua frente. Deve também ser capaz de “tolerar” mudanças lentas dentro do campo e lembrar disso como o novo “normal”. Mudanças graduais, como a luz solar ao longo do dia, não devem causar um alarme falso.
Os detectores PIR detectam mudanças repentinas e leves de temperatura dentro da área de detecção; assim, quando um intruso atravessa ou entra em qualquer zona, a alteração resultante na energia infravermelha é detectada para relatório de alarme. A melhor cobertura é obtida se a montagem for selecionada de modo que a direção provável do movimento do intruso seja através do padrão.
Os sensores PIR empregam um transdutor piroelétrico para detectar radiação infravermelha. O dispositivo converte a energia IR em um sinal de tensão. Um sensor piroelétrico é feito de material cerâmico que gera uma carga superficial quando exposto à radiação infravermelha. À medida que a quantidade de radiação muda, a carga também muda. A tensão de saída é uma função da quantidade de radiação infravermelha (IR) detectada na entrada. Como o sensor é sensível a uma ampla faixa de radiação, uma janela de filtro é geralmente empregada para limitar a radiação recebida e otimizar a detecção humana. Além disso, para evitar que o detector seja sensível a vibrações, interferências de rádio, luz solar e outros sinais de fundo, são utilizados dois elementos sensores em modo diferencial, fazendo com que qualquer sinal comum a ambos os elementos seja cancelado.
Uma lente Fresnel multifacetada envolve o transdutor, comprimindo a luz que passa por ele e concentrando a energia térmica no detector. A lente Fresnel fornece um cone de visão. Este cone de visão possui zonas “mortas” (áreas onde o detector não verá movimento), mas estas estão dispersas por todo o campo de visão. Assim, a lente visualiza a área com uma infinidade de feixes ou cones estreitos e discretos. Porém, essas zonas mortas não criam problemas de detecção. Seria muito difícil para um intruso mover-se dentro do campo de visão do detector e não entrar em contacto com regiões activas.
Um diagrama mostrando a detecção de movimento em detectores de movimento infravermelho ativos
Fig. 3: Um diagrama mostrando a detecção de movimento em detectores de movimento infravermelho ativos
Estas lentes podem ser sensíveis na direção horizontal ou vertical; a maioria deles é horizontalmente sensível. Isto implica que a lente será mais sensível ao movimento de um corpo, horizontalmente ao longo do campo de visão. A maioria dos PIRs são menos propensos a detectar um corpo que está se movendo EM DIREÇÃO ao sensor, portanto, os sensores PIR devem ser posicionados de modo que o movimento mais provável em seu campo de visão seja horizontal à posição “normal” da unidade do sensor. Isto deve ser levado em consideração ao instalar esses sensores.
Um diagrama que ilustra o posicionamento preciso do PIR
Fig. 4: Um diagrama ilustrando o posicionamento preciso do PIR
Além disso, deve-se tomar cuidado para que os sensores PIR não sejam apontados para superfícies que ficam “quentes” periodicamente.

Sensores ultrassônicos de detecção de movimento

2. Sensores ultrassônicos de detecção de movimento
Esses sensores usam dois princípios diferentes:
a) Tempo de voo
Este tipo de detector de movimento utiliza um transdutor eletrostático que atua como alto-falante e microfone. O transdutor transmite uma explosão de pulsos ultrassônicos. Os pulsos ultrassônicos refletem em um objeto e retornam ao sensor. O sensor mede o tempo entre a borda ascendente do disparo e a borda ascendente do eco. Ele usa esse tempo e a velocidade do som para calcular a distância até o objeto.
b) Baseado em Doppler
Na sua forma mais simples, a teoria Doppler afirma que, à medida que o som, a luz ou mesmo as ondas de rádio são reflectidas de volta por um objecto em movimento, a frequência destas ondas será diferente da frequência quando o objecto está estacionário. À medida que o objeto se afasta, a frequência diminuirá e se o objeto se mover em sua direção, a frequência aumentará. Essa mudança na frequência se deve ao fato de as ondas serem esticadas ou comprimidas à medida que saem do objeto em movimento. Comprimir as ondas mais perto terá o efeito de aumentar a frequência percebida, enquanto esticar as ondas fará com que a frequência pareça mais baixa.
O princípio básico de operação do sensor desses sensores é mostrado na fig. Uma figura mostrando o princípio básico de operação do sensor de sensores baseados em Doppler
Figura 5: Uma figura mostrando o princípio básico de operação do sensor de sensores baseados em Doppler
O transmissor de ultrassom emite ondas de ultrassom continuamente no espaço ambiente do sensor. Essas ondas são refletidas em vários objetos e chegam ao receptor de ultrassom. Existe uma figura de interferência constante se não houver objetos em movimento no posicionamento.
Os detectores de movimento ultrassônicos operam rastreando mudanças na frequência do som. Sensores ultrassônicos ativar um cristal de quartzo que emite ondas ultrassônicas por todo o espaço. Este sinal cria um padrão de onda estacionária na sala ou área em que está instalado. Uma imagem representacional de detectores de movimento ultrassônicos
Figura 6: Uma imagem representacional de detectores de movimento ultrassônicos
A unidade então detecta a frequência das ondas refletidas. A onda estacionária é perturbada pelo movimento, portanto, se houver movimento, a frequência das ondas refletidas mudará ligeiramente (efeito Doppler). Qualquer objeto em movimento altera o nível e a fase do sinal refletido, o que modifica o nível do sinal recebido somado. Alguns sensores realizam análise de amplitude do sinal refletido, enquanto outros realizam análise de frequência do sinal refletido. O espectro do sinal refletido emula um efeito Doppler.
Os sensores ultrassônicos operam em frequências acima da sensibilidade humana (20 kHz). As frequências operacionais típicas são 25, 30 e 40 kHz. As ondas sonoras ultrassônicas cobrem toda a área de forma contínua – não há pontos cegos ou lacunas no padrão de cobertura. Por esta razão, os sensores ultrassônicos são um pouco mais sensíveis ao movimento. Por exemplo, o movimento da mão pode ser detectado a uma distância de cerca de 25 pés, o braço e o tronco do corpo detectados até 30 pés e o movimento do corpo inteiro pode ser detectado a mais de 40 pés, embora essas faixas difiram significativamente para diferentes produtos.
Os componentes de frequência do vetor de velocidade do objeto em movimento têm um componente na direção da propagação da radiação ultrassônica. Como as ondas de ultrassom são refletidas nas janelas, paredes, móveis, etc., o sensor pode detectar movimentos de objetos em qualquer direção. Para implementar este princípio, o sensor deve realizar a seleção e processamento da mudança de frequência do Efeito Doppler para detectar objetos em movimento.

Detecção baseada em passos

3. Detecção de movimento baseada na detecção de passos
Pessoas caminhando geram assinaturas acústicas e Doppler exclusivas de passos que podem ser usadas para detecção e reconhecimento humano para diferenciá-las de outros objetos em movimento. Assinaturas acústicas de passos têm resposta de frequência de banda larga de alguns Hertz até frequências ultrassônicas e geram vibrações e som por uma interação do pé e da superfície de apoio.
Existem duas bandas de frequência características nas respostas vibratórias e sonoras das assinaturas de passos. A primeira banda de frequência é gerada por uma força normal à superfície de suporte e está concentrada numa faixa de baixa frequência abaixo de 500 Hz. A segunda banda de frequência é gerada pela força tangencial (fricção) e localizada em uma faixa de alta frequência, acima de 1 kHz até frequências ultrassônicas. Essas frequências podem ser medidas e analisadas para fins de detecção humana.
Outro método para detectar o movimento humano através da detecção de passos é medir as vibrações diretamente. Caminhar/correr gera vibrações na superfície onde há movimento. Acelerômetros podem ser usados ​​para medir essas acelerações. A análise dessas acelerações pode ser feita para detectar movimento. Clique para saber mais sobre o que é acelerômetro.

Detectores de movimento por microondas

4. Detectores de movimento por microondas
Os detectores de movimento por microondas usam a filosofia do radar de onda contínua (CW) para detecção de movimento. Semelhante às detecções de movimento ultrassônico baseadas em Doppler, esses detectores usam um transmissor para emitir frequências, mas na faixa de microondas. Os sinais refletem nos objetos na área circundante. O detector é então capaz de rastrear perturbações nessas frequências.
A energia de microondas é desenvolvida por osciladores de microondas e é irradiada por sistemas de antenas direcionalmente ou uniformemente em todas as direções, com base nos requisitos específicos da aplicação. A energia irradiada preenche a área circundante com energia de microondas. Qualquer movimento nesta área cria o Efeito Doppler; as ondas refletidas terão frequência mais alta se o objeto estiver se aproximando ou mais baixa se estiver se afastando. Os detectores não se importam com as direções, as mudanças de frequência são o que os preocupa.
Esses sistemas de sensores podem ser monostáticos, nos quais o emissor e o receptor estão contidos em uma unidade, ou biestáticos, nos quais o emissor e o receptor estão alojados em unidades separadas. Cada tipo apresenta vantagens e desvantagens para o usuário. As unidades monoestáticas têm cobertura de alcance limitada em comparação com o sensor biestático. Os sensores biestáticos também são mais propensos a falsos alarmes.
Uma figura que representa a cobertura da faixa do sensor monostático e do sensor biestático
Fig. 7: Uma figura representando a cobertura da faixa do sensor monostático e do sensor biestático
Os feixes de microondas podem penetrar nas paredes e, portanto, permitir a detecção de movimento atrás das paredes. Como os sensores são extremamente sensíveis ao movimento, também estão sujeitos a outros alarmes falsos. Objetos soprados pelo vento podem disparar alarmes. Mesmo a iluminação fluorescente, que emite partículas de luz detectáveis, pode desencadear um alarme falso. Embora os feixes de microondas possam penetrar na maioria dos tipos de superfícies, o metal não está entre eles. Portanto, o sensor pode detectar movimento onde a detecção não é desejável e não detectar movimento onde é desejável.
Esses detectores são mais sensíveis que os detectores PIR e geralmente custam mais.

Detectores de movimento PIR por micro-ondas

5. Detectores de movimento combinados Microondas-PIR
Para reduzir a probabilidade de alarmes falsos, os PIRs são cada vez mais combinados com um detector Doppler baseado em micro-ondas para formar um detector de movimento de tecnologia dupla. Os detectores baseados em microondas são mais sensíveis aos alvos que se movem em direção ao detector e menos sensíveis aos alvos que se movem lentamente através do seu campo de visão, enquanto os detectores PIR são sensíveis apenas aos alvos que se movem através do seu campo de visão. Ao combinar os dois sistemas, o detector pode ser muito difícil de ser evitado e menos sujeito a falsos eventos de disparo. Esses dois tipos de sensores se complementam, sendo um mais sensível na área onde o outro é menos sensível.

Vários sistemas de detecção de movimento

VÁRIOS SISTEMAS DE DETECÇÃO DE MOVIMENTO
Vários tipos de sistemas de detecção, a saber, dispositivos infravermelhos, micro-ondas e ultrassom, são empregados para detectar movimentos de seres humanos ou objetos; cada um com seus prós e contras, sendo a sensibilidade e o alcance os parâmetros importantes.
Como as microondas podem passar através de materiais dielétricos, os sensores de microondas são eficazes em grandes apartamentos/edifícios. Mas estes sensores são relativamente caros e a sua radiação não é saudável para os organismos vivos.
Sensores infravermelhos são caracterizados por alta sensibilidade, baixo custo e são amplamente utilizados. Porém, esses sensores podem gerar sinais de alarme falsos se os sistemas de aquecimento estiverem ativos ou se a velocidade de mudança de temperatura exceder algum nível limite.
Os sensores de detecção de movimento por ultrassom são caracterizados por baixo consumo de energia, custo mais alto (em comparação com PIRs) e alta sensibilidade e fornecem maior cobertura do que os detectores PIR. No entanto, o aumento da sensibilidade significa que os sensores ultrassônicos são mais suscetíveis a falsos disparos devido a qualquer movimento no espaço.
Lidar com alarmes falsos é um desafio para todos esses detectores de movimento. Detectores PIR use dois elementos no modo diferencial para cancelar movimentos indesejados do ar, vibrações, etc. Além disso, filtros são usados ​​para limitar a radiação IR. Os detectores ultrassônicos e de micro-ondas ajustam o ganho do receptor para diminuir a sensibilidade a ecos falsos. Para reduzir a sensibilidade ao Doppler gerado devido a partes móveis de aparelhos de ar condicionado, etc., filtros são usados ​​para limitar a faixa de frequência para operações sem falsos alarmes. No entanto, apesar de todas estas precauções, não é possível evitar completamente os falsos alarmes. Para melhorar o desempenho sem alarmes falsos, os detectores de tecnologia dupla são a solução. Embora sistemas de detecção únicos possam detectar movimentos que não existem, qualquer movimento não passa despercebido por esses detectores. Portanto, alarmes falsos ocasionais não são motivo de preocupação muito séria e, portanto, são usados ​​com suas limitações.
APLICAÇÕES TÍPICAS
A detecção de movimento é usada em várias aplicações, viz.
• Sistema de iluminação automatizado
• Sensores de ocupação
• Sistema de Alerta de Veículo
• Holofotes inteligentes
• Alarme contra roubo
E muitos outros.

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