Cảm biến hồng ngoại phát hiện người: Ưu nhược điểm, Ứng dụng

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người có mặt trong 60-70% các thiết bị điện tử thông minh, vận hành theo cơ chế tự động hóa. Ngoài ra, sản phẩm còn đóng vai trò trung tâm trong các hệ thống kiểm soát an ninh hiện đại. Giúp phát hiện nhanh những đối tượng đột nhập trái phép.

1. Cảm biến hồng ngoại phát hiện người là gì?

Cảm biến hồng ngoại phát hiện người là thiết bị có thể nhận ra sự hiện diện/chuyển động của con người thông qua thân nhiệt cơ thể. 

Thân nhiệt của người bình thường khoảng 36,5 - 37 độ C, phát tia hồng ngoại có độ dài 8-14 micromet. Dải sóng này tương thích với khả năng phát hiện của cảm biến IR (Infrared).

Tia hồng ngoại được William Herschel - một nhà thiên văn học người Anh khám phá ra từ năm 1800. 

Phát hiện mang tính đột phá này đã tạo bước đệm vững chãi cho việc phát triển công nghệ cảm biến sau này. 

Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Kể cả dân dụng, an ninh, y tế và hoạt động kinh doanh sản xuất.

Sau gần 200 năm, cảm biến IR càng ngày càng nhỏ gọn hơn, vận hành nhanh nhạy, thông minh hơn. Đặc biệt là có tính ứng dụng cao, dễ dùng, phù hợp với nhiều điều kiện lắp đặt khác nhau.

2. Cơ chế hoạt động của cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Máy cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý tiếp nhận bức xạ nhiệt phát ra từ cơ thể sống, phản ứng lại bằng tín hiệu (đèn nháy, âm thanh,...).

Bức xạ nhiệt do con người phát ra sẽ được thấu kính Fresnel thu gom, truyền tới cảm biến pyroelectric. 

Sau đó, cảm biến pyroelectric sẽ tiếp nhận, phát hiện nhanh sự thay đổi của nhiệt độ trong môi trường giám sát.

Tiếp theo, tín hiệu nhiệt sẽ được mã hóa thành tín hiệu analog trước khi truyền tới bộ khuếch đại tín hiệu để xử lý thông tin.

Thông tin sau khi xử lý được đưa đến bộ vi điều khiển - Nơi trực tiếp đưa ra các phản ứng như phát tín hiệu cảnh báo, mở cửa, bật đèn,....

Ví dụ: Cảm biến chuyển động Zigbee/Bluetooth Mesh - dòng sản phẩm chuyên dùng trong hệ thống nhà thông minh. 

Thiết bị có vùng quét rộng tới 6m, góc quét mở rộng 120 độ. Vậy nên, có thể thay người thực hiện nhiều thao tác: bật tắt đèn/điều hòa, mở hoặc đóng cửa,...

3. Phân loại cảm biến hồng ngoại phát hiện người

4. Ưu điểm và Nhược điểm của cảm biến hồng ngoại phát hiện người

4.1 Ưu điểm:

Cảm biến hồng ngoại nhận diện người có 3 ưu điểm đặc biệt, đó là:

• Nhạy bén với bức xạ nhiệt do cơ thể người phát ra, vận hành với tỷ lệ sai sót cực thấp.
• Quá trình vận hành tiêu thụ lượng điện năng siêu thấp, đặc biệt là không phát ra sóng điện từ nên không gây hại người dùng.
• Dễ dàng tích hợp với nhiều hệ thống tự động hóa, hệ thống điện tử như: Rasberry Pi, Arduino,..

4.2 Hạn chế:

Khi tiếp xúc gần với hệ thống cảm biến hồng ngoại, bạn sẽ nhận ra những điểm trừ dưới đây:

• Có thể đưa ra báo hiệu sai nếu nền nhiệt môi trường có độ tương đồng cao với thân nhiệt con người.
• Chỉ hoạt động trong môi trường giới hạn, phát huy năng lực làm việc trong phạm vi 7m, góc quét không quá 120 độ.
• Không thể nhận diện được vật thể không có khả năng phát nhiệt, chỉ nhận ra vật thể có sự thay đổi nhiệt rõ rệt.

5. Ứng dụng thực tế của cảm biến hồng ngoại phát hiện người

5.1 Hệ thống nhà thông minh

Hầu hết các hệ thống nhà thông minh đều sử dụng cảm biến hồng ngoại để tối ưu nhiều tính năng tiện ích.

Ứng dụng rộng rãi nhất là kiểm soát hoạt động bật tắt hệ thống ánh sáng, hệ thống làm lạnh, vòi nước, máy sấy khô tay và cửa ra vào.

Sự hiện diện của cảm biến hồng ngoại sẽ tránh được tình trạng lãng phí điện. Giúp bạn tiết kiệm 30-35% tiền sinh hoạt hằng tháng.

5.2 Hệ thống cửa tự động

Hệ thống cửa tự động tại các ngân hàng, tòa nhà văn phòng,... cũng là sản phẩm của việc ứng dụng công nghệ cảm biến.

Khi có người đến gần, cửa sẽ phát hiện ra,  tự động mở lối vào. Ngay sau đó, khi người đi qua, thiết bị này sẽ khép lại để bảo đảm an ninh. Tránh thất thoát hơi lạnh trong môi trường có điều hòa.

5.3 An ninh và giám sát

Trong lĩnh vực an ninh, cảm biến bức xạ nhiệt phát huy năng lực làm việc siêu tốt.

Thiết bị được dùng để kích hoạt hệ thống báo động, camera giám sát. Sau đó, gửi tín hiệu cảnh báo tới trung tâm quản lý. 

Nhờ vậy, nhân viên an ninh có thể kiểm soát hệ thống từ xa. Chủ động ngăn chặn rủi ro trong tình huống khẩn.

5.4 Công nghiệp

Tại những khu vực nguy hiểm hoặc nơi có yêu cầu cao về tiêu chuẩn an toàn, các doanh nghiệp thường lắp đặt thêm hệ thống cảm biến.

Cảm biến bức xạ nhiệt sẽ giúp bộ phận giám sát phát hiện nhanh sự có mặt của người lạ hoặc công nhân tại khu vực cấm. Sau đó, phát còi để cảnh báo các đối tượng này.

Ngoài ra, cảm biến hồng ngoại còn được dùng để tự động hóa dây chuyền sản xuất, giúp tiết kiệm 40-50% phí vận hành.

5.5 Các ứng dụng khác

Cảm biến hồng ngoại thường được dùng để theo dõi/chăm sóc người già, người bệnh và trẻ nhỏ. 

Thiết bị có thể đưa ra cảnh báo khi trẻ rời phòng, người già nằm bất động trong thời gian dài,...

Khả năng vận hành tự động của sản phẩm còn hỗ trợ người khuyết tật trong sinh hoạt hằng ngày. Tạo ra môi trường sống hiện đại, tiện nghi.

Trong giao thông, cảm biến được tích hợp ở hệ thống đèn đường để tự động bật khi có người di chuyển vào ban đêm. 

6. Hướng dẫn lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại phát hiện người

Vị trí lắp đặt:

Về vị trí lắp đặt, bạn nên chọn nơi có góc mở thoáng. Có thể quan sát toàn bộ khu vực cần theo dõi, giám sát. 

Chú ý, tránh những vị trí phát ra lượng nhiệt lớn, tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời để phòng chống nguy cơ gây nhiễu.

Một vài lưu ý nhỏ:

Khi lắp đặt, bạn nên setup thiết bị ở nơi có độ cao tối thiểu 1,5m, tối đa là 3m để tối ưu góc quét. 

Hướng mặt chính của cảm biến vào khu vực cần thắt chặt an ninh, cửa ngõ ra vào, nơi có nhiều chuyển động. 

Đặc biệt, không nên đặt sản phẩm phía sau vật chắn lớn như: rèm, kệ tủ, hệ thống đèn,...

Cách bảo dưỡng/bảo trì:

Thường xuyên lau chùi thấu kính của cảm biến, không để chi tiết này tiếp xúc gần với bụi, hơi ẩm để duy trì độ nhạy của thiết bị.

Kiểm tra trạng thái của dây nối và nguồn điện hằng ngày. Đảm bảo thiết bị được cấp điện ổn định, đường truyền năng lượng không bị gián đoạn.

7. Tiêu chí lựa chọn cảm biến hồng ngoại phát hiện người phù hợp

7.1 Phạm vi phát hiện (khoảng cách và góc quét)

Khi chọn mua cảm biến, bạn cần chú ý đến 2 thông số quan trọng là: góc quét và khoảng cách tối đa mà thiết bị có thể nhận diện. 

Với khu vực cần bao quát trong phạm vi rộng như sân vườn, hành lang, đại sảnh,..., bạn nên lựa cảm ứng góc góc quét tối thiểu 110 độ.  Khoảng cách giám sát lý tưởng là 5-7m.

7.2 Độ nhạy và tốc độ phản hồi

Độ nhạy cho thấy tính chính xác trong hoạt động của cảm biến. Tốc độ phản hồi cho thấy khả năng đáp ứng của thiết bị trong trường hợp khẩn.

Cả 2 phương diện này đều có ý nghĩa trong việc phát hiện con người, đưa ra thông tin cảnh báo. 

Bạn cần chọn cảm biến có độ nhạy cao, phản hồi nhanh trước các tình huống phát sinh.

7.3 Khả năng chống nhiễu và độ ổn định hoạt động

Môi trường ngoài có nhiều yếu tố gây nhiễu: nhiệt độ cao, ánh sáng, sự xuất hiện của vật nuôi.

Do vậy, cần tìm đến những sản phẩm chất lượng cao.

Đặc biệt là tích hợp chế độ “Pet Immunity” để phân biệt tốt sự hiện diện của người và vật nuôi.

7.4 Thiết kế và độ bền

Về thiết kế, hãy ưu tiên những sản phẩm có giao diện gọn gàng, dễ dùng, dễ lắp ráp, tích hợp trong các hệ thống thông minh.

Nếu muốn tối ưu độ bền, bạn nên chọn cảm biến đạt chuẩn IP65 trở lên. Trang bị lớp vỏ chống bụi/nước hoàn hảo để hoạt động tốt trong điều kiện ngoài trời.

7.5 Giá thành và thương hiệu

Chi phí đầu tư cho dòng sản phẩm này có biên độ dao động lớn: từ vài trăm tới vài triệu đồng. 

Lời khuyên dành cho bạn là lựa loại cảm biến có giá vừa tiền. Có thể trả thẳng 1 lần và có phí hoạt động thấp.

Khi mua sản phẩm, hãy tham khảo các nhà sản xuất có độ uy tín cao. Được nhiều người dùng với tỷ lệ review tốt trên 95%.

Tuyệt đối không nên mua hàng chợ, mù mờ về xuất xứ và các thông số kỹ thuật. Những sản phẩm này thường có giá rẻ nhưng chất lượng còn “rẻ rúng” hơn.

Điện máy Đặng Gia đã tổng hợp đầy đủ mọi thông tin về cảm biến hồng ngoại phát hiện người. Nếu cần tư vấn thêm về sản phẩm thông minh này, bạn hãy liên hệ ngay với hệ thống nhé!