Пироэлектрический датчик движения

Как работает PIR датчик HC-SR501, и его взаимодействие с Arduino

Лаборатория каждого сумасшедшего ученого, или секретная комната подростка, нуждается в улучшенной защите от вторжения мошенников или братьев и сестер. Если вы один из них, вам, вероятно, стоит подумать о приобретении пассивного пироэлектрического инфракрасного (PIR) датчика. PIR датчики позволяют вам определять, когда кто-то находится в комнате, когда не должен быть там.

Рисунок 1 – Как работает PIR датчик HC-SR501, и его взаимодействие с Arduino

Хотя это может показаться чем-то из шпионского фильма, но вы, вероятно, используете PIR датчики каждый день. Этот датчик вы можете найти в большинстве современных систем безопасности, автоматических выключателях света, механизмах открывания гаражных ворот и аналогичных применениях, где работа какого-либо электрического устройства необходима только в присутствии людей.

Как работает PIR датчик движения?

Если вы не знали, все объекты с температурой выше абсолютного нуля (0 Кельвинов / -273,15°C), включая человеческие тела, испускают тепловую энергию в виде инфракрасного излучения. Чем горячее объект, тем большее излучение он излучает.

PIR датчик разработан специально для обнаружения таких уровней инфракрасного излучения. В основном он состоит из двух основных составляющих: пироэлектрического датчика и специальной линзы, называемой линзой Френеля, которая фокусирует инфракрасные сигналы на пироэлектрический датчик.

Рисунок 2 – PIR датчик, пироэлектрический датчик, два слота обнаружения

Пироэлектрический датчик на самом деле имеет две прямоугольные прорези, выполненные из материала, который пропускает инфракрасное излучение. За ними находятся два отдельных инфракрасных сенсорных электрода: один из которых отвечает за создание положительного выходного сигнала, а другой – отрицательного. Причина такого решения заключается в том, что мы ищем изменение инфракрасных уровней, а не сами окружающие инфракрасные уровни. Два электрода подключены так, чтобы они подавляли друг друга. Если одна половина видит больше или меньше инфракрасного излучения, чем другая, выходной сигнал будет высоким или низким.

Когда датчик находится в режиме ожидания (то есть вокруг датчика нет движения), оба слота обнаруживают одинаковое количество инфракрасного излучения, что приводит к нулевому выходному сигналу.

Но когда мимо проходит теплый объект, подобный человеку или животному; сначала он перекрывает одну половину PIR датчика, что вызывает появление положительного дифференциального изменения между двумя половинами. Когда теплый объект покидает чувствительную область, происходит обратное, в результате чего датчик генерирует отрицательное дифференциальное изменение. Соответствующий импульс сигналов приводит к тому, что датчик устанавливает на выходном выводе высокий логический уровень.

Рисунок 3 – Принцип действия PIR датчика

PIR детектор движения HC-SR501

Для большинства наших проектов на Arduino, которые должны определять, когда человек покинул или вошел в зону, или приблизился, PIR датчики HC-SR501 являются отличным выбором. Они имеют низкое энергопотребление и низкую стоимость, довольно прочные, имеют широкий диапазон линз, с ними легко взаимодействовать, и они безумно популярны среди любителей.

PIR датчик HC-SR501 имеет три вывода: питание VCC, выход и земля (показано на рисунке ниже). Он имеет встроенный стабилизатор напряжения, поэтому он может питаться от любого постоянного напряжения от 4,5 до 12 вольт, обычно используется 5В. Кроме этого, у него есть несколько настроек. Давайте проверим их.

Рисунок 4 – Распиновка PIR датчика. Расположение компонентов на плате.

На плате есть два потенциометра для настройки пары параметров:

Чувствительность – устанавливает максимальное расстояние, на котором может быть обнаружено движение. Оно варьируется от 3 до 7 метров. На реальное расстояние, которое вы получите, может влиять планировка вашего помещения.
Время – устанавливает время, в течение которого выходной сигнал останется на высоком логическом уровне после обнаружения. Минимум – 3 секунды, максимум – 300 секунд или 5 минут.

Наконец, на плате есть перемычка (на некоторых моделях перемычка не впаяна). У нее есть два варианта настройки:

H – это удержание / повтор / повторный запуск. В этом положении HC-SR501 будет продолжать выдавать высокий логический уровень, пока он продолжает обнаруживать движение. Рисунок 5 – Работа PIR датчика HC-SR501 в режиме повторного запуска
L – это прерывающийся или неповторяющийся / без повторного запуска. В этом положении выходной сигнал останется на высоком логическом уровне в течение времени, установленного регулировкой потенциометра TIME. Рисунок 6 – Работа PIR датчика HC-SR501 в режиме без повторного запуска

Повышение универсальности PIR датчика HC-SR501

Печатная плата HC-SR501 имеет площадки для двух дополнительных компонентов. Они обычно обозначаются как «RT» и «RL». Обратите внимание, что на некоторых платах обозначения могут быть закрыты «купольной» линзой на стороне, противоположной компонентам.

Рисунок 7 – PIR датчик. Площадки для фоторезистора и термистора

RT – предназначен для термистора или термочувствительного резистора. Его добавление позволяет использовать HC-SR501 при экстремальных температурах, а также в некоторой степени повышает точность детектора.
RL – это место для подключения светочувствительного резистора (LDR) или фоторезистора. При добавлении этого компонента HC-SR501 будет работать только в темноте, это обычное применение для систем освещения, чувствительных к движению.

Дополнительные компоненты могут быть припаяны непосредственно к плате или выведены в удаленные места с помощью проводов и разъемов.

Распиновка PIR датчика HC-SR501

HC-SR501 имеет 3-контактный разъем, который соединяет его с внешним миром. На него выведены следующие контакты:

Рисунок 8 – Распиновка PIR датчика HC-SR501

VCC – вывод питания для PIR датчика HC-SR501, к которому мы подключаем вывод 5V на Arduino.

Выходной контакт – логический выход с TTL уровнем 3,3 В. Низкий логический уровень означает, что движение не обнаружено, высокий логический уровень означает, что было обнаружено какое-то движение.

GND должен быть подключен к земле Arduino.

Использование PIR датчика в качестве автономного устройства

Одна из причин, по которой PIR датчик HC-SR501 является чрезвычайно популярным, заключается в том, что он является очень универсальным датчиком, который самодостаточен. А подключив его к каким-либо микроконтроллерам, таким как Arduino, вы сможете еще больше расширить его универсальность. Для нашего первого эксперимента мы будем использовать HC-SR501 отдельно, чтобы показать, насколько он полезен сам по себе.

Схема соединений для этого эксперимента очень проста. Батареи подключены к выводам датчика VCC и GND, а маленький красный светодиод подключен к выходному контакту через ограничивающий ток резистор 220 Ом. И всё!

Теперь, когда PIR обнаруживает движение, на выходном контакте появляется высокий логический уровень, и светодиод загорается!

Рисунок 9 – Тестовая схема подключения PIR датчика без использования Arduino. Она показывает, как можно использовать PIR датчик в автономных приложениях.

Помните, что при включении питания необходимо подождать 30-60 секунд, пока PIR датчик не адаптируется к инфракрасной энергии в помещении. В течение этого времени светодиод может немного мигать. Подождите, пока светодиод не погаснет, а затем подвигайтесь перед ним, махая рукой, чтобы увидеть, что светодиод загорается.

Подключение PIR датчика к Arduino UNO

Теперь, когда у нас есть полное понимание того, как работает PIR датчик, мы можем подключить его к нашей плате Arduino!

Подключить PIR датчики к микроконтроллеру очень просто. PIR действует как цифровой выход, поэтому всё, что вам нужно делать, это отслеживать, когда на его выходном выводе установится высокий логический уровень (обнаружено движение) или низкий логический уровень (не обнаружено). Подайте на PIR датчик напряжение 5 В и подключите землю. Затем подключите выход к цифровому выводу 2.

Вам нужно установить перемычку на HC-SR501 в положение H (повторный запуск), чтобы он работал правильно. Вам также нужно будет установить время на минимум (3 секунды), повернув потенциометр «время» против часовой стрелки до упора. Установите чувствительность в любое положение, которое вам нужно, либо, если не уверены, установите ее в среднее положение.

Теперь вы готовы загрузить код и начать работу PIR датчиком.

Рисунок 10 – Подключение PIR датчика к Arduino UNO

Код Arduino

Код очень прост и в основном отслеживает, является ли входной сигнал на выводе 2 высоким или низким.

В конце, при обнаружении движения мы печатаем сообщение в монитор последовательного порта.

Рисунок 11 – Вывод приложения PIR датчика в мониторе последовательного порта

Что нужно учесть перед проектированием приложений на базе PIR датчиков

Как и для большинства PIR датчиков, HC-SR501 требуется некоторое время для адаптации к инфракрасной энергии в помещении. Это занимает от 30 до 60 секунд при первом включении датчика.

Кроме того, датчик имеет период «сброса» около 5 или 6 секунд после считывания. В течение этого времени он не обнаружит никакого движения.

При проектировании системы на базе HC-SR501 вам необходимо будет учитывать эти длительности задержек.

Устройство пироэлектрических датчиков ИК излучения

Пироэлектрический эффект

Ещё в далёком XIX веке немецкий физик Вильгельм Рентген занимался изучением . Пироэлектрический эффект – это генерация электрических зарядов в кристалле под действием теплового (инфракрасного) излучения.
Современные технологии позволили чувствительные пироэлектрические кристаллы. В отличие от природных кристаллов () в которых пироэлектрический эффект проявляется слабо, искусственные пироэлектрические кристаллы обладают повышенной чувствительностью.

На основе пироэлектрических кристаллов были созданы . В настоящее время такие датчики применяют практически повсеместно.

Вот наиболее распространённые :

Системы охранной сигнализации. Инфракрасные датчики движения обнаруживают движение человека в охраняемой зоне. Каждый человек излучает в окружающую среду тепло. Это и используется для обнаружения человека в охраняемом пространстве.

Автоматически открывающиеся входные двери в крупных супермаркетах, залах, студиях, магазинах и т.п. В таких системах также используются пироэлектрические датчики движения.

В последнее время в продаже появились автоматические выключатели освещения. Применение таких приборов в быту довольно оправдано, это сокращает затраты на электроэнергию.

Автоматические системы противопожарной сигнализации. Пироэлектрический датчик служит своеобразным электронным термометром и сигнализирует о превышении допустимой температуры в помещении.

Кроме всего прочего пироэлектрические датчики служат для дистанционного измерения температуры.

Наиболее продвинувшейся в производстве пироэлектрических датчиков является фирма Murata Manufacturing Co (Япония).

Устройство простейшего пироэлектрического датчика

Пироэлектрический датчик состоит из пластины пироэлектрика (кристалла) по бокам которого нанесены металлические обкладки, которые образуют своеобразный конденсатор. На одну из обкладок нанесено вещество, принимающее электромагнитное тепловое излучение.

Излучение вызывает пироэлектрический эффект и напряжение между обкладками растёт, причём строго определённой полярности. Полученное напряжение приложено к участку затвор – исток полевого транзистора, встроенного в датчик.

В результате сопротивление канала транзистора VT1 изменяется. Транзистор VT1 нагружен на внешний нагрузочный резистор (не показан на рисунке), с которого и снимается сигнал.

Резистор R1 служит для разрядки обкладок конденсатора пироэлектрического датчика.

Датчики некоторых серий снабжают несколькими чувствительными элементами, соединёнными последовательно с чередующейся полярностью. Это позволяет сделать приборы нечувствительными к равномерному фоновому облучению.

Пироэлектрический кристалл – довольно чувствительный элемент.

Для различных электронных систем применяются пироэлектрические датчики с разной . Спектральная чувствительность датчика формируется за счёт поглощающей способности материала, которым покрыты пластины пироэлектрика.

Для противопожарных систем используются пироэлектрические датчики со спектральной характеристикой под номером 1.

На графике видно, что датчики с данной характеристикой чувствительны к излучению с длиной электромагнитной волны 4 – 5 мкм (микрометров).

Для охранных систем, а также систем автоматики используются пироэлектрические датчики с характеристикой 2 и 3. Пироэлектрики с такой спектральной характеристикой более подходит для фиксации движения человека.

Пироэлектрические датчики со спектральной характеристикой под номером 4 наиболее подходят для . Видно, что характеристика под номером 4 более равномерна, следовательно, показания датчика с такой характеристикой будут наиболее точны.

Пироэлектрические датчики нашли широкое применение в системах “умный дом”.

Ардуино: инфракрасный датчик движения, ПИР

Тема сегодняшнего урока — датчик движения на основе пироэлектрического эффекта (PIR, passive infrared motion sensor). Такие датчики часто используются в охранных системах и в быту для обнаружения движения в помещении. Например, на принципе детектирования движения основано автоматическое включение света в подъезде или в ванной. Пироэлектрические датчики достаточно простого устроены, недороги и неприхотливы в установке и обслуживании.

Кстати сказать, существуют и другие способы детектирования движения. Сегодня всё чаще используют системы компьютерного зрения для распознавания объектов и траектории их перемещения. В тех же охранных системах применяются лазерные детекторы, которые дают тревожный сигнал при пересечении луча. Также используются тепловизионные датчики, способные определить движение только живых существ.

Принцип действия пироэлектрических датчиков движения

Пироэлектрики — это диэлектрики, которые создают электрическое поле при изменении их температуры. На основе пироэлектриков делают датчики измерения температуры, например, LHI778 или IRA-E700. Каждый такой датчик содержит два чувствительных элемента размером 1×2 мм, подключенных с противоположной полярностью. И как мы увидим далее, наличие именно двух элементов поможет нам детектировать движение.

Вот так выглядит датчик IRA-E700 компании Murata.

На этом уроке мы будем работать с датчиком движения HC-SR501, в котором установлен один такой пироэлектрический датчик. Сверху пироэлектрик окружен полусферой, разбитой на несколько сегментов. Каждый сегмент этой сферы представляет собой линзу, которая фокусирует тепловое излучение на разные участки ПИР-датчика. Часто в качестве линзы используют линзу Френеля.

Принцип работы датчик движения следующий. Предположим, что датчик установлен в пустой комнате. Каждый чувствительный элемент получает постоянную дозу излучения, а значит и напряжение на них имеет постоянное значение (левый рисунок).

Как только в комнату заходит человек, он попадает сначала в зону обзора первого элемента, что приводит к появлению положительного электрического импульса на нем (центральный рисунок).

Человек движется, и его тепловое излучение через линзы попадает уже на второй PIR-элемент, который генерирует отрицательный импульс. Электронная схема датчика движения регистрирует эти разнонаправленные импульсы и делает выводы о том, что в поле зрения датчика попал человек. На выходе датчика генерируется положительный импульс (правый рисунок).

Настройка HC-SR501

На этом уроке мы будем использовать модуль HC-SR501. Этот модуль очень распространен и применяется во множестве DIY проектов в силу своей дешевизны.

У датчика имеется два переменных резистора и перемычка для настройки режима. Один из потенциометров регулирует чувствительность прибора. Чем она больше, тем дальше «видит» датчик. Также чувствительность влияет на размер детектируемого объекта. К примеру, можно исключить из срабатывания собаку или кошку.

Второй потенциометр регулирует время срабатывания . Если датчик обнаружил движение, он генерирует на выходе положительный импульс длиной .

Наконец, третий элемент управления — перемычка, которая переключает режим датчика. В положении датчик ведет отсчет от самого первого срабатывания. Допустим, мы хотим управлять светом в ванной комнате. Зайдя в комнату, человек вызовет срабатывание датчика, и свет включится ровно на время . По окончании периода, сигнал на выходе вернется в исходное состояние, и датчик будет дать следующего срабатывания.

В положении датчик начинает отсчет времени каждый раз после обнаружения движения. Другими словами, любое шевеление человека вызовет обнуление таймера отсчета . По-умолчанию, перемычка находится в состоянии .

Подключение HC-SR501 к Ардуино Уно

Для соединения с микроконтроллером или напрямую с реле у HC-SR501 имеется три вывода. Подключаем их к Ардуино по следующей схеме:

HC-SR501	GND	VCC	OUT
Ардуино Уно	GND	+5V	2

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Программа

Как уже было сказано, цифровой выход датчика HC-SR501 генерирует высокий уровень сигнала при срабатывании. Напишем простую программу, которая будет отправлять в последовательный порт «1» если датчик увидел движение, и «0» в противном случае.

Загружаем программу на Ардуино и проверяем работу датчика. Можно покрутить настройки датчика и посмотреть как это отразится на его работе.

Управление светом при помощи датчика движения

Следующий шаг — система автоматического включения света. Для того, чтобы управлять освещением в помещении, нам потребуется добавить в цепь реле.

Будем использовать модуль реле с защитой на основе опторазвязки, о котором мы уже писали в одном и уроков ( урок про реле ).

Внимание! Данная схема зажигает лампу от сети 220 Вольт. Рекомендуется семь раз проверить все соединения, прежде чем соединять схему с бытовой электросетью.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Программа

Теперь напишем программу, которая будет при срабатывании датчика включать реле, а следовательно и освещение в комнате.

Загружаем программу на Ардуино, аккуратно подключаем схему к бытовой сети и проверяем работу датчика.

Заключение

Датчики движения окружают нас повсюду. Благодаря охранным системам, их можно встретить практически в каждом помещении. Как мы выяснили, они очень просты в использовании и могут быть легко интегрированы в любой проект на Ардуино или Raspberry Pi.

Вот несколько ситуаций и мест, где может пригодиться датчик движения:

автоматическое включение света в подъезде дома, в ванной комнате и туалете, перед входной дверью в помещение;
сигнализация в помещении и во дворе;
автоматическое открывание дверей;
автоматическое включение охранной видеокамеры.

Как уже говорилось в самом начале, существуют и другие способы детектирования движения. О них мы поговорим на следующих уроках!

Как работает датчик движения PIR?

Сенсоры, способные распознать активность называются датчиками движения. Существует множество разновидностей таких приборов, различаемых по различным критериям:

по месту установки — уличные, комнатные, стенные, потолочные;
по способу монтажа — накладные, встроенные;
по способу подключения — проводные, беспроводные, автономные;
по типу чувствительного элемента — инфракрасные, ультразвуковые, микроволновые, мультисенсорные;
по своему строению — однокомпонентные, двухкомпонентные, трехкомпонентные.

PIR-датчик (Датчик движения инфракрасный HC-SR501)

Что такое пироэлектрический датчик?

Изучив принципы функционирования извещателей, можно прийти к выводу, что они бывают активными и пассивными.

Активные датчики имеют в своем распоряжении передатчики и приемники, которые сообщаются между собой, таким образом оценивая окружающую обстановку.

К таким устройствам относятся ультразвуковые и микроволновые детекторы. Их действие основано на транслировании определенного типа сигналов в окружающую среду. Отталкиваясь от различных объектов, они попадают на приемник, благодаря чему датчик может определить — движется ли такой объект или нет. Отталкиваясь от неподвижных вещей или живых существ, такие волны имеют одни характеристики, как только что-то приходит в движение, характер их изменяется, что позволяет извещателям увидеть перемещение и подать об этом сигнал.

В чем отличия этих двух типов сенсоров:

УЗ датчик посылает в окружающую среду ультразвуковые волны, которые отталкиваются от объектов в зон действия прибора и возвращаются к нему обратно (либо уходят дальше на приемник в том случае, если он установлен отдельно от транслятора). Такие устройства защищены от воздействия солнечных лучей, поэтому могут быть установлены против окон, без опасения потери их работоспособности. Чаще такой тип датчиков применяется для охраны, а не для освещения, хотя и во втором случае их можно довольно успешно применять. Данные детекторы реагирую на перемещение объектов любой температуры и из любого материала. К минусам таких датчиков относится их довольно малая чувствительность — для того, чтобы УЗ извещатель сработал, необходимо весьма резко двигаться, так как плавных и медленных перемещений он может попросту не увидеть. Вторым недостатком и, пожалуй, самым основным, является то, что на ультразвук реагируют животные, так как способны его слышать. И он им не особенно приятен. При длительном воздействии УЗ на животное, возможно даже нарушение психики. Исходя из этого, можно сделать вывод, что в доме, где живут питомцы, лучше такие устройства не применять;

Ультразвуковой датчик движения

Но если владельцы относятся к ярым противникам микроволновок и вообще крайне озабочены здоровьем, собственным и своих домочадцев, стоит обратить внимание на пассивные детекторы движения, также известные как инфракрасные датчики.

Такие устройства оснащены только приемником, который способен различать тепловые уровни окружающих объектов. Так как сенсор работает исключительно с температурными показателями, можно легко понять, что такой датчик гораздо точнее будет функционировать в прохладной среде, так как в данном случае, различия между теплом тела и окружающего воздуха будут видны четче, соответственно и движущийся объект станет более различимым.

Датчик движения PIR (ПИР) — другое название такого устройства — улавливает ИК излучение при помощи пироэлектрического элемента, находящегося внутри корпуса. Внешне он напоминает цилиндр с квадратом в центре. Тепловые данные на него поступают, проходя сквозь специальные линзы (Френеля).

Внешне они выглядят как полупрозрачное стекло ячеистой структуры. Каждая такая ячейка — это линза, чем их больше, тем датчик точнее. С их помощью, устройство улавливает перемещение объекта, чья температуры выше, чем у окружающего воздуха.

Часто инфракрасные детекторы снабжаются устройством для компенсации слепого пятна. Из-за особенностей своей конструкции, ИК детекторы могут не видеть, что происходит прямо под ними (это касается настенных датчиков). В таком случае, спасает ситуацию наличие антисаботажной зоны — в корпус детектора встраивается специальное зеркало, которое позволяет перенаправлять данные из слепой зоны на линзы.

Пассивные датчики движения являются самыми универсальными устройствами, которые успешно используются для автоматизации освещения, видеонаблюдения и в охранно-пожарных системах. Их модельный ряд настолько широк, что практически к любому месту и любой ситуации можно подобрать свой ИК детектор. Они отличаются мощность, дальностью действия и углом обзора, степенью защиты и многим другим.

Можно поставить такой датчик в кладовку, чтобы он на несколько секунд включал там свет, когда хозяин заходить что-то взять или положить. Можно подключить к всепогодному варианту датчика мощный прожектор и освещать обширные территории.

Существуют переносные автономные устройства, которые можно устанавливать, например, в кемпингах. Датчики, размещенные по периметру лагеря, сигнализируют отдыхающим в том случае, если границы будут нарушены живым существом.

Каковы достоинства и недостатки, применимые к такому устройству как датчик движения PIR.

низкая стоимость по сравнению с другими типами детекторов. Можно, конечно, при желании, найти и тысяч за десять датчик, но в своем большинстве такие устройства недорогие и доступные;
простота в установке, настройке и обслуживании. Даже проводные детекторы весьма легко подключить, опираясь на прилагаемую схему. Что уж говорить об автономных извещателях, весь монтаж которых заключается в простейшем «закрепить и пользоваться». Большинство датчиков обладает двумя типами настроек — TIME (позволяет задать время, которое проходит перед отключением светильников, в среднем от 10 секунд до 10 минут, но в некоторых моделях максимальная задержка может достигать получаса) и LUX (настраивает светочувствительность, помогает в том случае, когда нежелательно срабатывание прибора при дневном освещении). Модели чуть дороже оснащены регулятором SENS, который позволяет отрегулировать чувствительность сенсора, что исключает его срабатывание при попадании в рабочую зону животных. А обслуживание бытового инфракрасного датчика, как правило, ограничивается его своевременной чисткой. Достаточно раз в месяц протереть датчик влажной тканью, чтобы исключить непроницаемость сенсора из-за скопившейся пыли. Это в случае, если он применяется в осветительных системах. В случае использования извещателя в составе ОПС, необходимо периодически тестировать его работоспособность;
безопасность — такой прибор ничего не излучает в окружающее пространство, благодаря чему является самым безопасным и экологически чистым из всех детекторов. Особых условий утилизации он тоже не требует, так как является простым электрическим прибором без добавления каких-либо опасных веществ.

большинство детекторов чувствительны к прямому солнечному свету, из-за чего не рекомендуется их установка таким образом, чтобы на сенсор попадал яркий свет;
запрещено использование ИК датчиков там, где есть источники тепла или других температурных колебаний — печки, камины, трубы с горячей водой, кондиционеры и вентиляторы. А в помещении с обогреваемым полом извещатель вообще не сможет ничего разглядеть на фоне высокотемпературного покрытия;
при монтаже инфракрасного пассивного датчика необходимо строго соблюдать отсутствие препятствий в рабочей зоне сенсора. Любая физическая преграда не позволит тепловому фону пройти к прибору, что приведет к полному отсутствию реакции датчика на перемещение. Необходимо внимательно следить за тем, чтобы в зоне покрытия детектора не было перегородок, предметов мебели, растений и даже занавесок, способных перекрыть датчику обзор.

Другие моменты, которые стоит учитывать при выборе места для датчика.

Нужно учитывать расположение рабочей области относительно движению. Он может не увидеть активности, если объект будет идти устройству «в лоб», то есть параллельно рабочей зоне. А вот если он будет пересекать территорию поперек излучения, тогда сенсор стопроцентно отреагирует на активность.

Это ведет к тому, что имеет смысл устанавливать детектор не напротив двери, а на соседней с ней стене. Это не относится к потолочным устройствам, для которых любое перемещение является перпендикулярным.

YouTube responded with an error: The provided API key has an IP address restriction. The originating IP address of the call (87.236.20.136) violates this restriction.

Подробный обзор PIR датчика движения: характеристики сенсора, отзывы и инструкция по подключению

Каждый человек излучает тепловые волны. На этом явлении построен принцип работы pir датчиков движения. Это пассивные инфракрасные датчики, которые улавливают малейшее движение. Они предназначены для обнаружения посторонних в помещении.

Что из себя представляет pir датчик движения?

PIR — сокращенное название passive infrared — пассивный инфракрасный датчик. Он не излучает волн, а только принимает их, поэтому называется пассивным. Датчик содержит чувствительный элемент, который реагирует на тепловое излучение.

Как выглядит и где используется?

Пироэлектрический элемент, который находится в центре датчика, герметично закрыт металлическим или пластиковым корпусом.

Применяются pir датчики в системах охранной сигнализации, в домах, квартирах, офисах. Также могут использоваться и в освещении.

Прибор может обнаружить движение и сработать, но он не способен определить, на каком расстоянии находится объект и сколько людей находится в зоне его действия.

Как работает: устройство и принцип действия

Датчик воспринимает тепловое излучение с длиной волны от 7 до 14 мкм. Электрический сигнал не возникает, если излучение остается постоянным. Чтобы датчик реагировал на движение, применяется линза Френеля с несколькими фокусирующими участками. Общий тепловой фон разбивается на зоны (активные и пассивные). Они располагаются в шахматном порядке. Человек занимает несколько таких зон, находясь в поле зрения датчика.

Поэтому даже при малейшем движении, когда происходит перемещение из одной зоны в другую, прибор срабатывает.

Также устройства могут быть проводными (питание от сети) и беспроводными (аккумуляторная батарея). Для охранных систем лучше всего подойдут модели, которые не требуют проводки. В пассивном состоянии такой прибор может работать до 20 дней без подзарядки.

PIR датчики небольшие по объему, недорогие, экономичные, практически не подвержены износу, легко устанавливаются, поэтому они популярны и используются в различных системах.

Датчик состоит из прямоугольного пироэлектрического элемента, внутри которого находится кристалл, улавливающий инфракрасное излучение.

Модуль, на котором стоит датчик, содержит различные элементы: предохранители, резисторы и конденсаторы.

Отзывы о пироэлектрических инфракрасных датчиках движения: плюсы и минусы

Такой прибор, как pir датчик движения имеет следующие достоинства:

простота устройства;
доступная стоимость;
износоустойчивость;
экономичность;
малые габариты.

ограничение дальности действия;
помещенный в поле зрения датчика сплошной предмет нарушает его действие;
при снижении температуры чувствительность устройства может искажаться.

Технические характеристики классического PIR Sensor HC-SR501

В данном приборе объединены сам датчик и схема управления. Технические характеристики PIR Sensor HC-SR501 таковы:

примерные размеры — 3,2 см*2,4 см*1,8 см;
напряжение питания — DC 4,5В — 20 В;
сила тока — о ;
длительность импульса при обнаружении — 5-200 с (настраивается);
рабочая температура — от -20 до +80 о С;
выходное напряжение — высокий/низкий уровень сигнала:3,3 В; выход TTL;
время блокировки до следующего замера — 2,5 с;
режим работы — L — одиночный захват, H — повторяемые измерения.

Стоимость PIR Sensor HC-SR501 — около 130 рублей.

Инструкция по подключению и эксплуатации

Устройство необходимо подключить к основному реле контроллера и системе энергоснабжения.
Большинство моделей pir датчиков имеют три коннектора на задней части.
Соединение происходит по схеме с учетом особенностей данной модели.
В некоторых моделях подключение pir датчика производится напрямую к сети, без проводки. Обычно это относится к системам освещения.

Цвет проводов может отличаться, поэтому прежде чем подключать напряжение, нужно все проверить, иначе датчик может перегореть или просто не будет работать.

Обычно присутствует три кабеля: красный — питание, черный — земля, желтый — сигнал.

В соответствии с рисунком соберите схему. После этого можно подключать датчик. Он должен стабилизироваться в течение 30-60 секунд. В это время светодиод может мигать. После того как мигание закончится, прибор готов к работе.

Схема подключения

Настройка работы устройства

Перед тем, как подключать датчик к работе, необходимо его настроить, задать необходимые параметры.

Регулироваться может чувствительность. Прибор должен игнорировать и подавлять незначительные тепловые помехи и в то же время определять даже небольшие движения.

Если человек находится в помещении, но не производит движений, датчик не сможет зафиксировать его присутствие. Поэтому настраивается такая функция, как задержка выключения.

PIR датчик движения HC-SR501устанавливается в различных местах. Например, в тех местах, где ходят часто (коридор, санузел), свет должен включаться и выключаться быстро, и задержка устанавливается минимальной. Напротив, например, в офисах, конторах, где движения бывают редкими, задержку увеличивают, чтобы свет не выключался постоянно.

Особенности установки

Есть некоторые особенности, на которые необходимо обратить внимание при установке.

Перед датчиком не должны находиться предметы, затрудняющие обзор (двери, перегородки, стены, большие предметы мебели и т.д.). Это мешает тепловой волне, и излучение не может проникнуть через преграду.
Наилучшая форма монтажа — потолочная, с учетом того, чтобы была видна дверь. Это открывает большой обзор, используется максимальный угол обнаружения.
Не располагайте прибор вблизи отопления, конденсаторов, на открытом солнце. Это будет вызывать нагревание и ошибочное срабатывание сенсора.
При размещении датчика следует учесть и то, что люди могут находиться вне активных зон, и прибор не будет на них реагировать. Сидящих людей прибор распознает, только если он находится очень близко.

Аналоги стандартного HC-SR501

PIR Motion Sensor Module GH-718

Компактный пассивный инфракрасный мини-датчик движения. Часто используется в вентиляционных системах, освещении, охранных сигнализациях и других электронных системах с автоматическим управлением.

Размер — 3,2*2,7/1,25*1,06;
Напряжение — 5В — 24 В;
Выход тока — 5 мА;
Дальность обнаружения — 4-5 м;
Рабочая температура — от -20 до +50 о С;
Угол обзора — 110 о ;
Выходной сигнал при обнаружении движения — 0,3В (высокий уровень).
Стоимость — 150 рублей.

PIR MP.Alert A9

GSM сигнализация со встроенным датчиком движения и микрофоном. Используется в охранных системах, как противоугонное устройство, а также для охраны квартиры, дома, гаража и т.п. Очень компактный и удобный прибор. Работает с СИМ — картой. При обнаружении движения устройство звонит на номер, зарегистрированный на СИМ-карту, что очень удобно. Также можно позвонить по телефону, датчик ответит, и владелец услышит звуки окружающей обстановки.

Имеет следующие технические характеристики:

Дальность обнаружения — до 8 м;
Режим ожидания — 2-3 дня;
Время работы в режиме передачи данных — 2-4 часа;
Размеры — 45*30*14 мм;
Рабочие частоты — 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.
Стоимость — 1590 рублей.

Стоимость

Стоимость пироэлектрического инфракрасного датчика движения будет зависеть от его технических характеристик, возможности настроек параметров, дополнительных функций, а также качества материалов и производителя данной модели.

Наиболее дешевые модели доступны всем, они просты в установке и часто используются. Ценовой диапазон — от 100 до 200 рублей.

PIR Sensor HC-SR501 — 130 рублей.
PIR Motion Sensor Module GH-718 — 150 рублей.

Более дорогие модели характеризуются большими возможностями использования, имеют улучшенные характеристики. Их стоимость — от 1000 рублей — PIR MP.Alert A9 — 1590 рублей.

Где купить инфракрасный PIR датчик движения?

В Москве

Компания «Амперкот», ул. 1-ая Ямская, д.8, 7(495)055-41-23
Интернет-магазин SHOPLEDS, ул. Большая Почтовая, д.71, офис 111, 7(495)225-76-80
Интернет-магазин CHIRSTER.RU, ул. Клары Цеткин, д.18, к.3, 8(499)653-80-92

В Санкт-Петербурге

Интернет-магазин I SEE YOU, ул. Есенина, д.11, к.1, 7(812)615-88-90
Компания «Телекамера», ул. Бумажная, д.16 офис 223, 7(812)426-30-50
Интернет-магазин Furnitura-pro.ru, Спасский переулок, 14/35, 7(812)952-86-85

PIR датчики движения используются в различных автоматизированных системах управления. С их помощью можно наблюдать за появлением людей, охранять различные объекты. Применение pir датчиков в системах освещения и сигнализации является надежным методом обнаружения присутствия человека.

Обнаруживаем движения и жесты с помощью PIR сенсора и Ардуино

Используем датчик PIR и Arduino для обнаружения движения руки, чтобы потом использовать для работы с электронным оборудованием.

В этой статье мы покажем вам, как сделать детектор жестов из простых компонентов, таких как датчик PIR и Arduino Nano. Также статья касается следующих вопросов:

Объясняет применение PIR-датчиков и то, как они работают;
Показывает работу с PIR под названием TPA81
Использование датчика PIR для обнаружения движения и жестов с помощью Arduino;
Создание детектора для увеличения или уменьшения громкости динамика.

Компоненты

Нам понадобятся следующие компоненты и комплектующие для реализации устройства, которое реагирует на движение и жесты на основе PIR датчика:

Arduino Nano R3 × 1
TPA81 Devantech 8 Pixal — Датчик температуры × 1
HC-SR505 Инфракрасный датчик движения PIR × 8
Модуль 0.96″ SPI 128X64 OLED дисплей × 1
Макетная плата × 1
Провода мама/папа × 1
Arduino Uno Rev3 × 1

Из программного обеспечения нам понадобится Arduino IDE.

Пассивный инфракрасный датчик: как он работает?

Пассивный инфракрасный датчик (PIR-датчик) — это электронный датчик, который измеряет инфракрасный (ИК) свет, излучаемый объектами в его поле зрения. Они чаще всего используются в детекторах движения основанных на ПИРах. Все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают тепловую энергию. Обычно это излучение не видно человеческому глазу, потому что оно излучает на инфракрасных длинах волн, но оно может быть обнаружено электронными устройствами, предназначенными для такой цели.

Термин «пассив» в этом случае относится к тому факту, что ПИР-устройства не генерируют или не излучают энергию для целей обнаружения. Они работают, обнаруживая инфракрасное излучение, излучаемое или отраженное от объектов. Они не обнаруживают и не измеряют тепло.

TPA81 представляет собой массив термопар, обнаруживающий инфракрасное излучение в диапазоне 2 мкм — 22 мкм. Это длина волны источника тепла. Электрические датчики Pyro, которые обычно используются в охранных сигнализациях и для включения внешних источников света, обнаруживают инфракрасное излучение в том же диапазоне волн. Эти пироэлектрические датчики могут только обнаруживать изменение уровней тепла и, следовательно, они являются детекторами движения.

Хотя они полезны в робототехнике, их применение ограничено, так как они не могут обнаружить и измерить температуру статического источника тепла.

Другим типом датчика является массив термоэлементов. Они используются в бесконтактных инфракрасных термометрах. Они имеют очень широкий угол обзора или поле зрения (FOV) около 100° и нуждаются либо в устройстве сужения, либо в объективе, либо и то другое, для получения более полезного FOV около 12°.

У некоторых есть встроенный объектив. В последнее время стали доступны датчики с массивом термоэлементов, встроенной электроники и кремниевой линзы. Это тип, используемый в TPA81. Он имеет массив из восьми термополей, расположенных в ряд. TPA81 может одновременно измерять температуру 8 соседних точек. TPA81 также может управлять сервоприводом для панорамирования модуля и создания теплового изображения. TPA81 может обнаруживать пламя свечи на расстоянии 2 метров (6 футов) и не подвергается воздействию окружающего света.

Датчики PIR похожи на камеры, которые могут видеть только теплые объекты. Таким образом, TPA81 является тепловой камерой с разрешением 8 пикселей, а, конечно, человеческое тело всегда излучает тепло. Теперь, если мы контролируем датчик PIR контроллером и определим некоторый жест для датчика PIR, мы сможем сделать простой детектор жестов.

В этом материале мы создадим детектор жестов с использованием PIR и Arduino. Мы использовали TPA81 как PIR, но это немного дорого, поэтому, если вы хотите сэкономить деньги, вы можете использовать 8 простых PIR-датчиков без белой головки (часть фокусировки). TPA81 поддерживает протокол I2C и совместим с Arduino Nano. Этот проект поможет вам узнать основы обработки изображений и обнаружения жестов.

Схема соединения

Если вы хотите использовать 8 датчиков PIR вместо TPA81, вы должны подключить 8 одиночных PIR-датчиков к плате Arduino и прочитать их один за другим. Таким образом, вы можете сэкономить деньги.

Не подключайте пины питания PIR к Ардуино 5В. В этой схеме выше вы должны отделить белую часть PIR и поставить их рядом друг с другом.

Используйте отдельные источники питания для PIR-сенсоров.

Для первой схемы (с использованием TPA81) скопируйте код в Arduino IDE. Но сначала вы должны добавить библиотеку, а затем загрузить код. Скачайте библиотеку TPA81 ниже.

Если вы впервые запускаете плату Arduino, не волнуйтесь. Просто выполните следующие действия:

Перейдите на страницу IDE на нашем сайте или на сайт www.arduino.cc/en/Main/Software и скачайте программное обеспечение для вашей ОС. Установите программное обеспечение Arduino IDE в соответствии с инструкциями.
Запустите среду разработки Arduino, очистите текстовый редактор и скопируйте код (ниже) в текстовый редактор.
Перейдите к эскизу и включите библиотеки (ссылки библиотеки выше). Теперь нажмите добавить ZIP-библиотеку и добавьте библиотеки.
Выберите плату в «инструменты — платы» — выберите Arduino Nano.
Подключите Arduino к компьютеру и установите COM-порт в «инструменты — порты».
Нажмите кнопку «Загрузить (стрелка)».
У вас все настроено!

После запуска этого кода откройте последовательный терминал в Arduino IDE и посмотрите на температуру массива 8, измеренную TPA81. Первое число в каждой строке относится к общей температуре. Теперь положите руку перед датчиком и посмотрите на температуру вашего тела. Чтобы определить жест вручную, вы должны знать свою ручную температуру и установить ее как смещение. Мы установили её на 29 градусов. Загрузите следующий код, чтобы увидеть движение вашей руки перед TPA81.

Мы написали алгоритм для обнаружения простого жеста, например, увеличения или уменьшения громкости звукового проигрывателя. Вы можете скачать или скопировать следующий код и попробовать его:

Используя вышеуказанный метод, вы можете расширить код, чтобы обнаружить другие жесты, такие как постукивание, перетаскивание, падение и т.п. Затем определите команды для выполнения определенных задач при обнаружении каждого из этих движений и жестов.

Источник: gk-rosenergo.ru