Google+

Milwaukee

Zadaniem instalacji alarmowej jest wczesne wykrywanie każdej próby nieuprawnionego wejścia na określony teren i informowanie o tym fakcie. Mózgiem systemu alarmowego jest centralka, ale oczami i uszami są różnego rodzaju czujki, przede wszystkim ruchu i obecności.

Fot. 1. Obszar wykrywania i zasięg czujnika ruchu PIR 180 stopni. Fot.: STEINEL Fot. 1. Obszar wykrywania i zasięg czujnika ruchu PIR 180 stopni. Fot.: STEINEL

Aby system alarmowy skutecznie wywiązywał się ze swego zadania, jego wszystkie elementy muszą ze sobą harmonijnie współpracować, w tym wymieniać informacje.

System alarmowy i jego składniki

Fot. 2. Multisoczewka w czujniku PIR.
Każdy kwadracik to osobna strefa
w obszarze detekcji Fot.: STEINEL Fot. 2. Multisoczewka w czujniku PIR. Każdy kwadracik to osobna strefa w obszarze detekcji. Fot.: STEINEL Fot. 3. Czujnik ruchu PIR 180 stopni z indywidualnie ustawionym polem detekcji Fot.: STEINEL Fot. 3. Czujnik ruchu PIR 180 stopni z indywidualnie ustawionym polem detekcji. Fot.: STEINEL Fot. 4. Typowy naścienny czujnik na podczerwień. Fot.: PIXABAY.COM Fot. 4. Typowy naścienny czujnik na podczerwień. Fot.: PIXABAY.COM

Zacznijmy od centralki, do której przyłączone są wszystkie pozostałe elementy instalacji i która stanowi mózg całego systemu. Jest zasilana prądem sieciowym, a w razie jego zaniku – energią z akumulatora. Wyposażona jest z reguły w manipulator z klawiaturą lub dotykowym ekranem ciekłokrystalicznym dla sterowania nią i jej działaniem, ale dziś równie często oferuje współpracę z poziomu tabletu, telefonu, komputera PC lub poprzez pilota. Aby centralka skutecznie chroniła życie i zdrowie ludzi oraz mienie – przy wsparciu ze strony podległych jej urządzeń – powinna być zamontowana w taki sposób, by intruz nie mógł jej szybko znaleźć. Wynika to z prostego faktu: niemal żaden system alarmowy nie reaguje na pierwsze naruszenie czujki, gdyż konfigurowany jest z tzw. czasem na wejście – po to by uprawniony użytkownik zdążył spokojnie dojść do manipulatora i deaktywować system kodem lub specjalną kartą magnetyczną (każde nieuzasadnione wezwanie firmy ochroniarskiej to kosztowny incydent). Funkcję taką mają często też same czujniki – zwie się to wówczas na przykład „funkcją opóźnionego alarmu” i oznacza, że czujnik daje wykrytemu wchodzącemu kilka sekund na dezaktywację systemu poprzez użycie pilota lub wklepanie w manipulatorze specjalnego kodu bezpieczeństwa.
Pozostałe elementy instalacji to wszelkie czujniki, wśród których najważniejsze to czujniki ruchu i obecności. Właśnie one stanowią o skuteczności całego systemu, na którą wpływ mają nie tylko liczbę i rodzaj zastosowanych czujników, ale też sposób ich rozmieszczenia, o czym mówią kolejne rozdziały.
Zanim jednak przejdziemy do szczegółowego omówienia poszczególnych rodzajów technologii stosowanych w czujnikach ruchu i czujnikach obecności, musimy rozstrzygnąć kwestię nazewnictwa i tego, co instalatorzy rozumieją pod terminami „detekcja ruchu” i „detekcja obecności”. Sprawa nie jest oczywista, ponieważ logika podpowiada, że skoro ktoś się porusza w polu wykrywania, to zarazem jest tam obecny. Dlatego można się spotkać ze stwierdzeniami, iż na dobrą sprawę jedne i drugie czujniki to tożsame urządzenia, a podział jest wprowadzony sztucznie i niepotrzebnie – wszak wykrycie ruchu to nic innego, jak stwierdzenie, że ktoś jest obecny w polu wykrywania. I nie ma większego znaczenia czy ta obecność trwa dwie – trzy sekundy, czy też rozciąga się na całe minuty. W rzeczywistości z punktu widzenia logiki, czujniki ruchu i czujniki obecności są tym samym – oba urządzenia wykrywają ruch i potwierdzają, że w danym obszarze stwierdziły czyjąś obecność. Jednak różne nazewnictwo podyktowane jest nieco inną dokładnością wykrywania ruchu i wskutek tego nieco innym zastosowaniem każdego z tych dwóch rodzajów czujników. Odmienne nazewnictwo ma po prostu od razu sugerować technologię zastosowaną w czujniku, jego czułość (dokładność) i – co za tym idzie – specyfikę zastosowania. Czujniki obecności wykrywają nie tylko aktywne przemieszczanie się ludzi, ale przede wszystkim bardzo nikłe ruchy, niewielkie zmiany w pozycji osób przebywających niemal nieruchomo w polu wykrywania (np. użytkownik czytający książkę siedząc w fotelu i wykonujący nieznaczne ruchy przy przewracaniu kolejnych kartek), zaś czujniki ruchu to „specjaliści” od detekcji ruchu polegającego na aktywnym przemieszczaniu się z miejsca w miejsce w obrębie strefy wykrywania (użytkownik przechodzący w poprzek pomieszczenia, spacerujący w kółko podczas rozmowy telefonicznej itp.). Drobne ruchy osób siedzących lub leżących w jednym miejscu w obrębie strefy wykrywania to zdecydowanie nie ich domena.

Fot. 5. Czujnik HF 360 stopni - fale wysokich częstotliwości monitorują całe pomieszczenie. Fot.: STEINEL Fot. 5. Czujnik HF 360 stopni - fale wysokich częstotliwości monitorują całe pomieszczenie. Fot.: STEINEL

Rodzaje czujników ruchu i obecności – zasada ich działania

czujników ruchu należą czujniki oznaczane symbolem PIR (Passive Infra Red), opierające się na detekcji promieniowania cieplnego wykrywanych obiektów. Czujniki te reagują na poruszające się źródła ciepła – bo to właśnie ono sprawia, że ludzie emitują promieniowanie podczerwone. Głównym elementem tych czujników jest tzw. pirosensor – elektroniczny moduł reagujący na pojawienie się obiektu emitującego promieniowanie cieplne i poruszającego się w obszarze wykrywania, który podzielony jest – często przy wykorzystaniu tzw. multisoczewek (soczewek Fresnela) – na strefy promieniście rozchodzące się od czujnika i zwężające się ku niemu. Przejście ruchomego ciepłego obiektu z jednej strefy do drugiej wywołuje w pirosensorze skok napięcia, przetwarzany przez system w impuls elektroniczny, który informuje centralkę o rejestracji ruchu. Istotne jest tu wystąpienie obu czynników jednocześnie: promieniowania podczerwonego i jego aktywnego ruchu przecinającego strefy wykrywania. Jeśli czujnik wykryje źródło ciepła, lecz nie będzie ono się przemieszczać, wówczas nie zadziała. Tak samo może się zdarzyć, gdy osoba idzie w linii prostej „na czujnik” i przez cały czas znajduje się w jednej strefie obszaru wykrywania. Oczywiście osoba taka w końcu przetnie granice stref wykrywania, ale stanie się to dopiero wtedy, gdy bardzo zbliży się do czujnika – czasem zbytnio. Podobnie w sytuacji, gdy obiekt się przemieszcza, lecz nie emituje promieniowania podczerwonego. Dlatego optymalną sytuacją jest, w której obiekt emituje ciepło i przemieszcza się aktywnie w poprzek stref wykrywania.
Czujniki ruchu oparte na detekcji pasywnej podczerwieni montuje się najczęściej naściennie (z reguły kąt wykrywania wynosi wtedy do 180º) lub na suficie (wówczas kąt wykrywania najczęściej wynosi 360º). Ich typowy zasięg mieści się w zakresie od 8 do nawet 20 m, przy czym im dalej od nich, tym mniejsza czułość.
Coraz częściej stosowanymi czujnikami ruchu i jednocześnie obecności są czujniki wykrywające ultradźwięki. Fale te (np. 40 kHz) wysyłane są aktywnie przez czujnik i obejmują całe pomieszczenie. Ich odbicie analizowane jest zgodnie z zasadą Dopplera. Czujniki ultradźwiękowe reagują niezawodnie nawet na najmniejsze ruchy lub przemieszczenia obiektów w przestrzeni wykrywania i są sprawne w dużych zakresach temperatury: od -30º C do nawet +50º C. Wykrywają ruch nawet wtedy, gdy od poruszającej się osoby dzieli je np. ścianka działowa. Ich wadą jest to, że nie odróżniają obiektów żywych od przedmiotów martwych, dlatego często łączy się je z czujnikami PIR, aby zaoferować użytkownikom urządzenie łączące najlepsze cechy obu technik.

Fot. 6. Sufi towy czujnik ruchu EE805,
podtynkowy, 360 stopni. Fot.: HAGER Fot. 6. Sufi towy czujnik ruchu EE805, podtynkowy, 360 stopni. Fot.: HAGER Fot. 7. Czujnik obecności EE815,
360 stopni, IR, podtynkowy. Fot.: HAGER Fot. 7. Czujnik obecności EE815, 360 stopni, IR, podtynkowy. Fot.: HAGER

Bardzo czułymi czujnikami ruchu i obecności są też czujniki oparte na emisji fal wysokiej częstotliwości – chodzi tu o zakresy rzędu 5,8 GHz. Fale te przenikają przez szklane ściany lub ścianki z lekkich materiałów (np. gipsokarton) oraz drewniane drzwi. Ich powracające do czujnika echo przechodzi analizę przez moduł elektroniczny i jeżeli wewnątrz obszaru wykrywania ruch obiektu zmieni obraz echa, wówczas czujnik wyśle impuls do centralki. Ich ogromną zaletą jest możliwość montażu za podwieszanym sufitem, dzięki czemu dla intruza stają się całkowicie niewidoczne.
Właściwie do czujników ruchu można też zaliczyć kamery przeznaczone do współpracy z systemami alarmowymi, które wyposażone są dodatkowo w systemy inteligentnej detekcji ruchu poprzez analizę rejestrowanego obrazu w oparciu o złożone algorytmy. Nad wszystkim czuwa mikroprocesor i odpowiednie oprogramowanie. Oczywiście nie jest to ich funkcja podstawowa, lecz dodatkowa. Zaliczanie takich kamer w poczet czujek ruchu może budzić pewne zastrzeżenia. Jednak nie da się zaprzeczyć, iż tego rodzaju kamery mogą stanowić wsparcie dla omówionych wyżej czujek ruchu, gdyż dzięki detekcji ruchu na obrazie zachowują się de facto tak samo jak one.
Na rynku pojawiło się jeszcze jedno, bardzo ciekawe rozwiązanie, które z powodzeniem można zaliczyć do czujników obecności, choć w rzeczywistości urządzenia te niczego aktywnie nie wykrywają. Są to quasi-czujniki ludzkiej obecności, czyli urządzenia wyposażone w kamerę obserwującą otoczenie oraz w pamięć wewnętrzną, do której wgrany został model człowieka złożony z kilkudziesięciu tysięcy zapisanych obrazów ludzkiej postaci we wszelkich pozach i ułożeniach ciała. Model ten jest na bieżąco porównywany z faktycznie rejestrowanym obrazem (kilka klatek na sekundę) i poddawany analizie, w wyniku czego urządzenie informuje w czasie rzeczywistym nie tylko o tym, że w obserwowanym przez kamerę obszarze znajdują się ludzie, ale też przekazuje dane o liczbie tych osób.

Rozmieszczenie i rola czujników

Fot. 8. Czujnik ruchu EE880,
360 stopni, IR natynkowy, IP54. Fot.: HAGER Fot. 8. Czujnik ruchu EE880, 360 stopni, IR natynkowy, IP54. Fot.: HAGER Fot. Fot. 9. Czujnik obecności EE816, do systemu oświetleniowego DALI, 360 stopni IR, podtynkowy. Fot.: HAGER

Czujniki ruchu i obecności – jak już to wspomniano – stanowią oczy i uszy systemu alarmowego. To one wykrywają wtargnięcie osób nieupoważnionych na teren objęty ochroną i przesyłają informację o takim fakcie do centralki, która powiadamia o tym użytkownika lub właściwe służby ochrony mienia. Jednocześnie często uruchamiają halogen oświetlający intruza, jeśli wykrycie nastąpi przed wejściem do budynku lub garażu – współpracująca z systemem kamera może wówczas zarejestrować wyraźny obraz pozwalający na późniejszą identyfikację nieupoważnionej osoby.
Czujniki ruchu i obecności bywają, wskutek błędu instalatora, montowane tak, że możliwe jest dojście do nich intruza od strony nie objętej detekcją, co umożliwia mu manipulowanie przy nich celem wyłączenia ich lub dezaktywacji poprzez wymontowanie bądź wyrwanie z mocowania. Z pomocą przychodzi tu wbudowany mini-żyroskop, który powinien wykryć każde niewielkie drgnięcie samego czujnika i spowodować przesłanie sygnału do centralki lub bezpośrednio do tabletu bądź telefonu użytkownika. Z powyższego przykładu wynika, jak kluczowe znaczenie dla właściwego wypełniania zadań przez czujniki ma ich rozmieszczenie. Wadliwe – może doprowadzić do sytuacji, w której intruz nie zostanie wykryty lub stanie się to zbyt późno. Może się też zdarzyć, że wskutek nieprawidłowych lokalizacji czujników system podnosi tzw. fałszywe alarmy, generując nieuzasadnione koszty i dyskomfort dla użytkownika systemu.
Czujniki ruchu oparte na detekcji promieniowania podczerwonego nie powinny być montowane w miejscach, w których dochodzi do gwałtownych zmian temperatury, czyli w pobliżu pieców lub klimatyzatorów, bądź układem optyczynym w stronę okna, gdyż może to powodować zbyt częste uruchamianie alarmu bez powodu. Podobnie jest jeśli chodzi o źródła silnych zakłóceń elektromagnetycznych – zasilacze świetlówek czy silniki elektryczne – one też mogą spowodować nieprawidłowe działanie czujnika. Jeśli zaś nie da się tego uniknąć, dla takich miejsc należy postarać się o czujniki dualne, np. łączące technikę Infra Red z ultradźwiękową, by wyeliminować potencjalne fałszywe alarmy. Generalnie obowiązuje zasada mówiąca o takim projektowaniu systemu, by czujek było jak najmniej – tu z pomocą przychodzą właśnie urządzenia o dualnej technologii. Poza tym duże znaczenie ma odpowiednio wczesne wykrycie intruza, dlatego tak ważne są czujniki na podczerwień pracujące na zewnątrz (o właściwej klasie szczelności IP) i rozmieszczone w pobliżu wejść do budynku. Szczególną uwagę należy zwrócić na to, by zewnętrzne czujki nie były montowane nad wejściem, lecz co najmniej metr od niego – wówczas intruz idąc w poprzek stref widocznych dla soczewki czujnika znacznie szybciej wywoła w nim impuls i spowoduje przesłanie sygnału o detekcji ruchu ciepłego obiektu. Gdy taka czujka znajduje się nad wejściem, zaś intruz nadchodzi z naprzeciwka, może przez zbyt długi czas znajdować się w obrębie jednej strefy soczewki i wówczas reakcja systemu znacznie się opóźni.
Jeśli konstrukcja chronionego pomieszczenia obejmuje cienkie ścianki działowe, lub np. pomieszczenie ma taki układ, że intruz mógłby się chować za drzwiami i pozostawać niewidocznym dla czujnika na podczerwień, należy wówczas sięgnąć po czujniki oparte na technologii fal wysokich częstotliwości, które przenikają przez wiele materiałów – cienkie ściany, drzwi drewniane lub szklane. Jeśli tylko można, warto je ukryć za podwieszanym sufitem lub wewnątrz dużej lampy sufitowej bądź naściennej, gdyż to zabezpieczy je przed ingerencją intruza, który nawet nie będzie świadom, że został wykryty, a jeśli nawet w końcu zorientuje się, to nie będzie umiał zlokalizować czujnika i go wyeliminować.

Podsumowanie

System alarmowy nie istnieje bez czujników ruchu i obecności. Można się ograniczać do zabezpieczeń w oknach, drzwiach czy bramach, lecz nie są one w stanie zastąpić profesjonalnych detektorów, opartych o dość różne technologie, ale za każdym razem cechujących się wysoką skutecznością wykrywania ruchu bądź obecności przy zapewnieniu wysokiego komfortu ich użytkowania. Dodać należy jeszcze, że techniki te na tyle się upowszechniły, że dziś bardzo wiele osób może sobie na nie pozwolić bez poczucia nadszarpniętego portfela.

Łukasz Lewczuk
Na podstawie materiałów publikowanych przez:
Schneider Electric SE,
Steinel Vertrieb GmbH, Lena Lighting S.A.,
Hager Polo Sp. z o.o.,
Satel Sp. z o.o.
i Zamel Sp. z o.o.

Jacek Grenda,
kierownik produktu Hager Group Product Management Department

Zdaniem EKSPERTA
Czy czujnik obecności wykrywa moją obecność nawet gdy się nie poruszam?

Powyższe pytanie jest bardzo często zadawane przez osoby zainteresowane montażem czujników w swoich pomieszczeniach. Większość dostępnych na rynku czujników ruchu działa z wykorzystaniem zasady pomiaru temperatury i wykrycia jej zmiany w obszarze detekcji tzw. PIR czyli Passive Infra Red (pasywny czujnik podczerwieni). Ruch osób zostaje wykryty jako zmiana obszaru ciepła generowana przez nasze ciała w stosunku do stałej temperatury otoczenia. Zmiana ciepła jest wykrywana w obszarze pól detekcji, czyli nasz ruch musi być związany z przesunięciem się ciepła z jednej w kolejną ze stref czujnika. Tutaj pojawia się znacząca różnica, która odróżnia czujniki ruchu od czujników obecności. Standardowe czujniki, których głównym zadaniem jest wykrycie ruchu związanego z poruszaniem się np. w korytarzu, czy wejściem do pomieszczenia, mają pola detekcji podzielone na 50 do 200 segmentów odpowiedzialnych za wykrycie zmiany ciepła w ich obszarze. W czujnikach obecności odpowiedzialnych za wykrycie obecności w pomieszczeniach biurowych czy toaletach stosuje się podział na 250 do ponad 1500 segmentów. Ta różnica sprawia, że czujnik ruchu wymaga stanowczego ruchu osób w polu jego detekcji, podczas gdy dla czujnika obecności wystarczy ruch typu pisanie na klawiaturze czy wykonywanie notatek ręcznych. Musimy pamiętać, że czujnik ruchu działający na zasadzie detekcji podczerwieni PIR również wymaga naszych ruchów, aby podtrzymać sygnał. Oczywiście ze względu na kilkukrotnie większe zagęszczenie pół detekcji wymagane ruchy są dużo mniejsze niż w przypadku czujnika ruchu, jednak jak może sugerować nazwa, nie wystarczy sama nasza obecność w monitorowanym pomieszczeniu. W celu zwiększenia dokładności detekcji producenci stosują często konstrukcję wykorzystującą dodatkowo technologię wykrywania wysokich częstotliwości HF, w takim przypadku sensor wykrywa ruch obiektów niezależnie od ich temperatury oraz sygnał potrafi przenikać przez cienkie nie metalowe ścianki działowe. Tego typu rozwiązanie często wykorzystywane jest w toaletach publicznych, gdzie mamy podział obszarów z wykorzystaniem ścianek działowych wykonanych z drewna lub na parkingach, gdzie ruch świeżo zapalonego chłodnego pojazdu może nie zostać wykryty przez standardowy czujnik PIR.