Lichtschranken Personenzähler

Beschreibung

Das Lichtschrankensystem bzw. der Personenzähler hat zum Ziel, die Durchgangsrichtung von Personen zu erfassen und richtungsabhängig die Anzahl der Unterbrechungen zu Steuerungszwecken auszuwerten. Dadurch ist es möglich, bspw. die Anzahl der Personen, die sich aktuell in einem Raum befinden, festzustellen und daraus abgeleitet, Geräte an bzw. auszuschalten. Über einen weiteren Sensor kann zusätzlich ein Umgebungsparameter (z.B. Licht, Temperatur, etc.) erfasst und in die Steuerung einbezogen werden.
Das System wurde explizit entwickelt, um die automatische Steuerung des Lichtes in Abhängigkeit des natürlichen Umgebungslichtes und der Präsenz von Personen in einem Raum zu übernehmen.

Die Stärke der Infrarotlichtschranken ermöglicht Distanzen von mehreren Metern. Die Empfindlichkeit gegen einstreuendes Licht ist sehr gering und kann manuell festgelegt werden. Zur Vereinfachung des Aufbaus der Schranken gibt es einen Modus, der für jede Schranke eindeutig das Vorhandensein des Lichtsignals anzeigt und somit eine Ausrichtung vereinfacht.
Es können maximal 25.599 Personen gezählt werden. Aufgrund der vorhandenen Anzeige ist allerdings nur eine Darstellung von maximal 99 Personen gegeben. Die Anzahl kann manuell in Einer-Schritten erhöht bzw. reduziert werden. Sobald die Zahl größer Null ist und der Umgebungssensor ein positives Signal liefert wird ein angeschlossenes Relais geschaltet.
Um ein unnötiges Ausschalten beim kurzzeitigen Verlassen des Raumes zu vermeiden, lässt sich eine Ausschaltverzögerung konfigurieren. Ebenso lässt sich das Verhalten des Sensors (Empfindlichkeit u. Einfluss auf die Steuerung) der Umgebung konfigurieren.

Funktionsweise

Jede Lichtschranke verfügt über einen Infrarotsender und einen Empfänger. Die jeweiligen Sender erhalten ein 1 KHz Rechtecksignal, welches von den Empfängern aufgenommen und nach anschließender Verstärkung ausgewertet wird. Die Auswertung erfolgt in der Form, dass jeder empfangene Lichtimpuls gezählt wird. Nach einer Zeit von 20 ms müssen im Idealfall 20 Impulse eingetroffen sein, damit keine Unterbrechung vorliegt. Der Wert kann allerdings im Rahmen der Empfindlichkeit eingestellt werden, damit der Verlust einiger Impulse nicht sofort eine Unterbrechung bedeutet.

Zur Bestimmung der Bewegungsrichtung sind Unterbrechungsfolgen (Stati) erforderlich, die im Folgenden dargestellt sind:

Sender A ) ————————— ( Empfänger A
Sender B ) ————————— ( Empfänger B

Richtung 1:

LichtschrankeStatus 1Status 2(Status 3)Status 4Status 5
AAnAnAusAusAn
BAnAusAusAnAn

Richting 2:

LichtschrankeStatus 1Status 2(Status 3)Status 4Status 5
AAnAusAusAnAn
BAnAnAusAusAn

Nur wenn alle Stati in Folge eingetreten sind, erfolgt eine Registrierung der entsprechenden Richtung. Status 3 (jeweils beide Lichtschranken sind unterbrochen) ist zwar erforderlich, wird aber nicht weiter ausgewertet, da er keine Richtungsinformationen enthält. Um eine sichere Erkennung von Status 3 zu gewährleisten, ist darauf zu achten, dass der Abstand zwischen den beiden Lichtschranken nur so groß ist, dass eine gleichzeitige Unterbrechung sichergestellt werden kann.

Zur Bestimmung der Anzahl der vorhandenen Personen dient ein zentraler Zähler, der über zwei 7-Segemente-Anzeigen dargestellt wird. Negative Zählerstände sind nicht möglich. Der Zähler kann zusätzlich durch jeweils einen Taster erhöht bzw. erniedrigt werden. Sobald der Zähler einen Wert größer Null besitzt, wird die Schaltung des Relais initiiert.
Ob eine tatsächliche Schaltung stattfindet, hängt dann allerdings noch vom Zustand des Umgebungssensors ab. Im Falle eines lichtempfindlichen Widerstandes kommt es nur zur Schaltung, sofern es dunkel ist. Die Empfindlichkeit kann über ein Potentiometer eingestellt werden. Weiterhin ist konfigurierbar, ob der Lichtsensor im Raum oder außerhalb installiert ist. Befindet sich der Sensor im Raum, wird das Relais bei Anwesenheit von Personen geschaltet, sobald es im Raum dunkel genug ist. Ein Ausschalten des Relais erfolgt erst, wenn alle Personen den Raum verlassen haben. Ist der Sensor außerhalb (z.B. am Fenster) installiert, wird das Relais ebenso bei Anwesenheit von Personen geschaltet, sobald nicht genug natürliches Licht vorhanden ist. Zusätzlich erfolgt nun aber auch ein Ausschalten des Relais, wenn wieder genug natürliches Licht zur Verfügung steht.
Der Ausschaltvorgang kann über eine geeignete Konfiguration verzögert stattfinden. Die Verzögerung lässt sich sekundengenau einstellen und beträgt maximal 99 Minuten und 59 Sekunden.

Konfiguration

Über einen Taster werden der Reihe nach unterschiedliche Konfigurationslevel angewählt. Der aktuelle Level wird zu Beginn für zwei Sekunden angezeigt. Danach folgt der gesetzte Wert, der sich über die bereits bekannten Taster erhöhen bzw. erniedrigen lässt. Änderungen werden sofort gespeichert und sind nach Verlassen der Konfiguration gültig. Das Ende der Konfiguration ist erreicht, wenn die Anzeige statt des Levels sofort den Wert „00“ anzeigt, was dem aktuellen Zählerstand entspricht. Jeder Aufruf der Konfiguration hat somit das Zurücksetzen des Zählers auf Null zur Folge.

Es sind vier Konfigurationslevel verfügbar:

NameDarstellungWertebereichDefaultAnmerkung
Empfindlichkeit
(sensitivity)
SE0 – 2018Empfindlichkeit der Lichtschranken
(20 = sehr empfindlich)
Verzögerung min
(delay)
dE0 – 990Ausschaltverzögerungszeit in Minuten
Verzögerung sec
(delay seconds)
dS0 -590Ausschaltverzögerungszeit in Sekunden
Ort SensorLI0 – 100 = Installation im Raum
1 = Installation außerhalb
Konfiguration

Aufbau

Grundsätzlich sind die Lichtschranken so aufzubauen, dass jeweils Sender und Empfänger nebeneinander installiert werden. Da die Empfänger aufgrund der hohen Verstärkung sehr empfindlich sind, sollten die Kabelwege durch geschirmte Leitungen realisiert werden.
Zur Ausrichtung von Sender und Empfänger ist das System in den Installationsmodus zu versetzen. Dies wird durch den Schiebeschalter erreicht. Alternativ können auch beide Zählertaster gleichzeitig gedrückt werden. Der korrekte Empfang wird durch zwei vertikale und einen horizontalen Strich je Anzeige und Lichtschranke signalisiert (|-| = korrekter Empfang, | | = kein Empfang).
Die Stromversorgung erfolgt über ein externes Netzteil (5V/250mA). Die Zuführung kann wahlweise über eine Klemme oder einen 2,5 mm Klinkenstecker erfolgen.
Das Relais ist ebenfalls extern über eine Klemme anzuschließen. Die Elemente R24 und C7 dienen der Reduktion des Stromverbrauchs, indem sie den Schaltstrom auf den Haltestrom reduzieren. Beide Elemente sind abhängig vom gewählten Relais zu dimensionieren.

Schaltplan

Schaltplan

Stückliste

BezeichnungMengeBauteil
P11Poti 100k
R1, R7, R8, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R27104k7
R2, R3, R43100k
R5, R6239k
R9, R12, R13, R14, R15, R16, R177270
R10, R112470k
R24168
R251100
R26122
LDR1LDR (M9960)
C1110µF (16V, stehend)
C2, C3, C4, C5468nF
C6, C7, C83100µF (16V, stehend)
D1, D2, D331N4148
IC11PIC 16F627A
IC21TL082
Fassung IC11DIL18
Fassung IC21DIL8
LED1, LED22BPW40
LED3, LED 42LD271
Optik LED4Fassung + Optik
Rel11RT314A06 (Schrack)
T1, T2, T3, T4, T5, T66BC547B
T71BC517
7Seg1, 7Seg22SC36-11GWA (grün)
Taster3Drucktaster T602
Schalter1Schiebeschalter 2p
Klemme7Anschlussklemme 2p
Buchse1Printbuchse mono 2,5mm

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