Anti-Katzen-Bewegungsmelder ;-) / No-Pets-Motion-Sensor ;-)

Anti Katzen-/Hunde- und sonstige Vierbeiner Bewegungsmelder ;-)
Warum selber einen Arduino-Bewegungsmelder bauen, es gibt doch fertige im Baumarkt?: Nachdem mein LED-beleuchteter Handlauf an unserer Eingangstreppe über einen handelsüblichen 360° Bewegungsmelder zufriedenstellend funktionierte, trat eine Situation ein, die vorher nicht geplant war. Unsere Nachbarn, welche die 2. Hälfte unseres Doppelhauses bewohnten, zogen aus und eine neue Nachbarin zug ein. So weit, so gut - einziges Problem: die 4 Katzen der neuen Nachbarin stromerten natürlich auch nachts um's Haus, so daß der Bewegungsmelder sehr oft auslöste und somit die Handlauf-Beleuchtung, sowie die Außenleuchtung fast permanent eingeschaltet waren. Abgesehen vom (zugegeben rel. geringen) Energieverbrauch des Handlaufes und der LED-Strahler, reduzierte sich dadurch auch der Sicherheitseffekt, denn wenn die Beleuchtung häufig einschaltet, achtet man nicht mehr drauf, weil's ja wahrscheinlich wieder nur eine Katze ist und kein Einbrecher. Somit wollte ich meinen handelsüblichen Bewegungsmelder nicht weiter verwenden und Selbstbau war angesagt. Also überlegt, wie man Abhilfe schaffen könnte: Handelsübliche PIR-Bewegungsmelder, welche auf "bewegte Wärme" reagieren, konnte ich nicht verwenden, da sie alles erfassen, was sich in ihrem Erfassungs-Kegel bewegt. Eine (Reflektions-)Lichtschranke würde zwar prinzipiell funktionieren, aber da das andere Geländer an der Eingangstreppe der Nachbarin gehört, wollte ich daran nichts befestigen. Die sinnvollste Lösung erschien mir dann, quasi eine Kombination aus IR-Bewegungsmelder und Lichtschranke zu konstruieren. Dazu wollte ich einfach den Erfassungsbereich eines IR-Bewegungsmelders soweit einschränken, dass praktisch nur Bewegungen erfasst werden, welche sich in direkter "Luftline" vor dem Bewegungsmelder abspielen. Die Bewegungsmelder am oberen und unteren Ende der Treppe werden in einer Höhe ( ca. 110cm) angebracht, daß die Katzen darunter durchlaufen können, ohne daß die Bewegungsmelder auslösen ( s. nachfolgende Skizze)

Das nachfolgende Foto zeigt die praktische Ausführung, mit einem am Treppengeländer angebrachten Bewegungs-Sensor, doch dazu später mehr.

OK, das Konzept war also fertig, jetzt ging es an die praktische Umsetzung. Als Bewegungsmelder verwende ich 2 Stck. HC-SR501 , welche es aus China via e..y schon für ca. 1,-€/Stck zu kaufen gibt. Diese Bewegungsmelder haben zwar auch eine Streuungslinse, um den Erfassungsbereich zu vergrößern, aber diese Linse läßt sich leicht von der Platine abnehmen. Darunter kommt dann der eigentliche PIR-Sensor (LHI 778) des Bewegungsmelders zum Vorschein. Das ist ein Sensor, der wie ein normaler Transistor aussieht, dessen "Deckel" jedoch transparent ist, ähnlich einem LDR. Die Platine eines HC-SR501 misst ca. 2,2 x 3,0 cm, welches mir für eine optisch ansprechende Unterbringung in einem Rohr zu groß war. Deshalb habe ich den eigentlichen Sensor (LHI 778) von der Platine gelötet und nur diesen in einem entspr. Rohr untergebracht. Zur Anbringung des Rohres mit dem Sensor am Geländer habe ich im Baumarkt Edelstahl-Türstopper gefunden ( s. Bild 3-6). Diese Türstopper sind einerseits nicht zu klobig und andererseits konnte man passgenau ein 20mm Alu-Rohr darauf schieben. Die PIR-Sensoren habe ich - nachdem an diese ein 3-adriges Kabel angelötet war - in Kunstoffmuttern (aus Kabeldurchführugen) geklebt, welche ihrerseits "stramm" in den abgesägten Türstopper-Fuß passen (s. Bild 4-5). Zum Schutz des Ganzen wird einfach ein ca. 5 cm langes Alu-Rohr ( ∅ 20 mm) über den Fuß geschoben. Auf das offene Ende des Alu-Rohres habe ich noch eine Unterlegscheibe entspr. Durchmessers geklebt, durch deren Mitteloch der Erfassungsbereich des Sensor noch weiter eingeschränkt wirkt, also quasi nur bewegte Wärme erfasst wird, die sich in direkter Linie vor dem Sensor befindet (s. Bild 6). Die ganze Mimik wird dann einfach an einen Geländerpfosten geschraubt - natürlich wurde vorher ein Loch zum Durchführen des Sensorkabels in den Pfosten gebohrt (s. Bild 7). Der zweite Sensor wurde allerdings nicht wie geplant, am unteren Ende der Treppe befestigt, sondern an einer Efeu-bewachsenen Wand vor der Haustür. Dieser Sensor ist direkt auf die Eingangstür gerichtet und löst ( wenn's dunkel ist) beim Öffnen der Tür, bzw. wenn sich jemand vor der Tür bewegt, aus. Hier wurde der "Türstopper-Sensor" zuätzlich in einem Edelstahlrohr (Möbelfuß) größeren Durchmessers befestigt, damit er etwas weiter aus dem Efeu herausragt. In dieses Edelstahlrohr wurde zusätzlich eine seitliche Bohrung eingebracht, in die ein Helligkeitssensor (LDR) geklebt wurde, damit eine Tag/Nacht-Unterscheidung möglich ist (s. Bild 8). Soweit die Beschreibung zur mechanischen Ausführung der Sensoren, jetzt ging es an die entspr. Elektronik. Zuerst habe ich eine rein analoge Schaltung entworfen, in der die beiden PIR-Sensoren und der LDR über eine logische UND-Schaltung (Logical AND) verknüpft wurden ( s. Schaltplan Bild 1). Zur Ansteuerung des LED-Stripes (12V) im Geländer und der LED-Strahler (230V) vor dem Haus, hatte ich 5V Relais-Module verwendet ( s. Bild 1 und Bild 2). Beim Betrieb stellten sich jedoch Probleme ein: 1.)Die Relais blieben manchmal kleben, so daß die Lampen nicht mehr aus gingen. 2.)Ich hatte vergessen, eine Hysterese vorzusehen, dadurch kam es zeitweilig bei Dämmerung zum ständigen Ein- und Ausschalten der Lampen 3.)Es kam manchmal zu unkontrollierten Auslösungen - keine Ahnung warum (evtle. Spannungsschwankungen der HC SR501?) Um diese Probleme abzustellen, hätte es weiterer analoger Bauelemente (z.B. OpAmp als Schmitt-Trigger) bedurft, so daß ich mich entschloß, stattdessen für die kpl. Logik einen Arduino-Nano zu verwenden, der aus China schon für ca. 2,50€ erhältlich ist und außerdem lagen noch einige davon in der Bastelkiste ;-) Last but not least hier nun die endgültige Version, in der ein Arduino-Nano die Signale der PIR-Sensoren und des LDR verarbeitet: s. Schaltplan Bild 0 und Arduino-Sketch am Ende dieser Seite. Funktionsweise: Der Arduino wertet die Signale von den beiden HC-SR501 und des LDR (Helligkeitssensor) aus. Dann steuert er einen MOSFET (IRF 540N o.ä.) entspr. an, welcher das Schalten des LED-Stripes im Geländer übernimmt, sowie ebenfalls die Ansteuerung einer Triac-Schaltung (getrennt mit Optokoppler), welche ihrerseits die 230V LED-Strahler ansteuert. Die Spannungsversorgung des LED-Stripes wurde durch 2 Dioden von 12V auf auf ca. 10,6 V reduziert, das verringert die Helligkeit nur minimal, erhöht m.E. aber die Lebensdauer des Stripes. Ein Nachteil der ganzen Mimik soll natürlich nicht unerwähnt bleiben: Es müssen (dünne) 3-adrige Kabel zu den jeweiligen Sensoren verlegt werden. Es sollte eigentlich klar sein, trotzdem nochmals in aller Deutlichkeit: Achtung !!! Im Triac-Teil der Schaltung liegt 230V Netzspannung an den Bauteilen, welche tödlich sein kann ! Wer sich damit nicht auskennt: Finger weg !!! Alle Angaben ohne Gewähr ! Nachbau auf eigenes Risiko!

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Arduino-Sketch:	Anti_Katzen_Bewegungsmelder_HC-SR501.ino