Основной чувствительный элемент датчиков движения и присутствия - пироэлектрический инфракрасный сенсор. Пироэлектричество - это электрический потенциал, возникающий
в материале под воздействием инфракрасного (ИК) излучения.
Сенсор, в котором используется материал с такими свойствами, может реагировать на тепло, излучаемое телом человека. PIR-датчик (Pyroelectric InfraRed) имеет круговую диаграмму направленности (360°) с углом разворота 120°.
Специальные схемные решения позволили создать различные инфракрасные датчики движения для включения света, фиксирующие передвижение людей.
Зоны действия PIR-датчиков
В ассортименте изделий компании B.E.G. имеются датчики движения и присутствия различного исполнения и назначения:
- для наружного применения;
- для внутреннего применения;
- для настенного монтажа;
- для потолочного монтажа
- датчики в дизайнерском исполнении.
Один из главных параметров ИК датчиков движения - зона действия. Потолочные датчики, обычно, имеют круговую зону охвата (360°). Настенные датчики движения PIR, в зависимости от модели, имеют зону действия от 120° до 280°.
В конкретных условиях порой необходимо использовать датчик с нестандартным углом обзора.
В таких случаях используются закрывающие пластины (шторки). Они исключают из зоны обнаружения источники тепла (помех) или участки помещения.
Дальность действия датчика зависит от того, как перемещается человек по отношению к датчику. Если он движется в перпендикулярном к датчику направлении, то сенсор имеет максимальную дальность действия.
Если движение осуществляется по направлению к датчику (фронтально), зона охвата сокращается почти вдвое. Датчики имеют минимальную дальность действия, если движение происходит непосредственно под сенсором.
У датчиков присутствия PIR компании B.E.G. высокая зона чувствительности, и они реагируют на самые незначительные движения. Чувствительность датчика регулируется.
При реализации проекта важно добиться, чтобы зоны действия датчиков покрывали всю площадь, подлежащую контролю. Для этого используют несколько датчиков с перекрывающимися зонами охвата, избегая «мертвых» зон. Для исключения пропусков и ложных срабатываний, применяются временные задержки.
Как правильно располагать PIR-датчики
У входа в здание устанавливается настенный датчик движения PIR для наружного применения.
В зоне его действия должна быть дорожка к входу. Датчик первым приветствует посетителя, повышая имидж учреждения.
В коридорах особое внимание уделяется входам. Датчики должны устанавливаться так, чтобы человек даже на короткое время не оказывался в темноте. Для коридоров разработаны специальные потолочные датчики движения с узким диапазоном обнаружения и большой дальностью действия.
Лестничные марши рассматриваются, как зоны повышенной опасности. Здесь должно быть исключено падение людей по причине недостаточной освещенности. На потолке или на стене лестничной площадки датчики движения ставят как настенные выключатели.
Особенность освещения в офисе состоит в том, что в одном помещении надо обеспечить различную освещенность на разных рабочих местах. Необходимо учесть интенсивность естественного освещения и иметь возможность отключать освещение на пустующих местах.
Поэтому каждому рабочему месту нужна своя схема управления освещением. С такой задачей справятся потолочные датчики присутствия PIR с возможностью расширения диапазона обнаружения.
В школьном классе или вузовской аудитории освещение осуществляется с учетом дневного света. Помещение разделяют на зоны таким образом, чтобы с помощью регулируемого искусственного освещения обеспечить равномерную освещенность.
Особое внимание уделяется зоне у доски. Присутствующие должны хорошо видеть преподавателя и доску, поэтому здесь необходимо надежное освещение и, желательно, дополнительное ручное управление. В таких помещениях используются потолочные датчики присутствия.
При автоматизации освещения конференц-залов и комнат для совещаний используется подход аналогичный описанному выше. В магазине, аптеке, предприятии сферы обслуживания, возле входа, устанавливается датчик движения со звуковым сигналом, чтобы персонал обратил внимание на вошедшего посетителя.
Большой спортзал разбивают на зоны с независимым управлением от потолочных датчиков. Важно предусмотреть и ручное управление: это даст возможность обеспечить освещение только там, где проходят занятия.
В подземном гараже необходимо обеспечить надежный контроль зон входа и основных проходов. Возможные «мертвые» зоны компенсируются временными задержками. Здесь используются только потолочные датчики.
Общие требования по установке PIR-датчиков
Дальность действия PIR-датчиков зависит от направления перемещения источников ИК излучения. Если из-за большого количества коммуникаций установить датчики движения на потолок нельзя, то их размещают на колоннах и стенах.
Зону действия датчиков не должны ограничивать деревья, мебель и перегородки (в том числе стеклянные). Оптимальная высота установки для потолочных датчиков - 2,5-3 метра, а настенных выключателей от 1,1 до 2,2 метров. Датчики для высоких потолков размещают на высоте до 16 метров.
Ассортимент PIR-датчиков широк. Они отличаются назначением, техническими параметрами и конструкцией. Чтобы применить их с максимальной эффективностью на конкретном объекте, лучше воспользоваться услугами профессионалов.
В компанию B.E.G. Наши специалисты дадут все необходимые консультации. И на наш блог, чтобы не пропускать полезные материалы о датчиках движения и присутствия.
PIR (пассивные инфракрасные датчики) сенсоры позволяют улавливать движение.
Очень часто используются в системах сигнализации. Эти датчики малые по габаритам, недорогие, потребляют мало энергии, легки в эксплуатации, практически не подвержены износу. Кроме PIR, подобные датчики называют пироэлектрическими и инфракрасными датчиками движения.
Пирлоэлектрический датчик движения - общая информация
ПИР датчики движения по сути состоят из пироэлектрического чувствительного элемента (цилиндрическая деталь с прямоугольным кристаллом в центре), который улавливает уровень инфракрасного излучения. Все вокруг излучает небольшой уровень радиации. Чем больше температура, тем выше уровень излучения. Датчик фактически разделен на две части. Это обусловлено тем, что нам важен не уровень излучения, а непосредственно наличие движение в пределах его зоны чувствительности. Две части датчика установлены таким образом, что если одна половина улавливает больший уровень излучения, чем другая, выходной сигнал будет генерировать значение high или low.
Сам модуль, на котором установлен датчик движения, состоит также из дополнительной электрической обвязки: предохранители, резисторы и конденсаторы. В большинстве недорогих пир-датчиков используются недорогие чипы BISS0001 ("Micro Power PIR Motion Detector IC"). Этот чип воспринимает внешний источник излучения и проводит минимальную обработку сигнала для его преобразования из аналогового в цифровой вид.
Одна из базовых моделей пироэлектрических датчиков подобного класса выглядит так:
Более новые модели PIR-датчиков имеют дополнительные выходы для дополнительной настройки и установленные коннекторы для сигнала, питания и земли:
ПИР датчики отлично подходят для проектов, в которых необходимо определять наличие или отсутствие человека в пределах определенного рабочего пространства. Помимо перечисленных выше достоинство подобных датчиков, они имеют большую зону чувствительности. Однако учтите, что пироэлектрические датчики не предоставят вам информации о том, сколько человек вокруг и насколько близко они находятся к датчику. Кроме того, сработать они могут и на домашних питомцев.
Общая техническая информация
Эти технические характеристики относятся к PIR датчикам, которые продаются в магазине Adafruit. Принцип работы аналогичных датчиков похожий, хотя технические характеристики могут отличаться. Так что прежде чем работать с ПИР-датчиком, ознакомьтесь с его даташитом.
- Форма: Прямоугольник;
- Цена: около 10.00 долларов в магазине Adafruit;
- Выходной сигнал: цифровой импульс high (3 В) при наличии движения и цифровой сигнал low, когда движения нет. Длина импульса зависит от резисторов и конденсаторов на самом модуле и разная в различных датчиках;
- Диапазон чувствительности: до 6 метров. Угол обзора 110° x 70°;
- Питание: 3В - 9В, но наилучший вариант - 5 вольт;
>Для заказа с Aliexpress:
Принцип работы пироэлектрических (PIR) датчиков движения
PIR датчики не такие простые как может показаться на первый взгляд. Основная причина - большое количество переменных, которые влияют на его входной и выходной сигналы. Чтобы объяснить основы работы ПИР датчиков, мы используем рисунок, приведенный ниже.
Пироэлектрический датчик движения состоит из двух основных частей. Каждая из частей включает в себя специальный материал, чувствительный к инфракрасному излучению. В данном случае линзы особо не влияют на работу датчика, так что мы видим два участка чувствительности всего модуля. Когда датчик находится в состоянии покоя, оба сенсора определяют одинаковое количество излучения. Например, это может быть излучение помещения или окружающей среды на улице. Когда теплокровный объект (человек или животное), проходит мимо, он пересекает зону чувствительности первого сенсора, в результате чего на модуле ПИР датчика генерируются два различных значения излучения. Когда человек покидает зону чувствительности первого сенсора, значения выравниваются. Именно изменения в показаниях двух датчиков регистрируются и генерируют импульсы HIGH или LOW на выходе.
Конструкция PIR датчика
Чувствительные элементы ПИР датчика устанавливается в металлический герметический корпус, который защищает от внешних шумов, перепадов температур и влажности. Прямоугольник в центре сделан из материала, который пропускает инфракрасное излучение (обычно это материал на основе силикона). За этой пластиной устанавливаются два чувствительных элемента.
Рисунок из даташита Murata:
Рисунок из даташита RE200B:
На рисунке из даташита RE200B видно два чувствительных элемента:
На рисунке выше приведена внутренняя схема подключения.
Линзы
Инфракрасные датчики движения практически одинаковые по своей структуре. Основные отличия - чувствительность, которая зависит от качестве чувствительных элементов. При этом значительную роль играет оптика.
На рисунке выше приведен пример линзы из пластика. Это значит, что диапазон чувствительности датчика представляет из себя два прямоугольника. Но, как правило, нам нужно обеспечить большие углы обзора. Для этого можно использовать линзы, подобные тем, которые используются в фотоаппаратах. При этом линза для датчика движения должна быть маленькая, тонкая и изготавливаться из пластика, хотя он и добавляет шумы в измерения. Поэтому в большинстве PIR датчиков используются линзы Френеля (рисунок из Sensors Magazine):
Линзы Френеля концентрируют излучение, значительно расширяя диапазон чувствительности пиродатчиков (рисунок с BHlens.com)
Рисунок из Cypress appnote 2105:
Теперь у нас есть значительно больший диапазон чувствительности. При этом мы помним, что у нас два чувствительных элемента и нам нужны не столько два больших прямоугольника, сколько большое количество маленьких зон чувствительности. Для этого линза разделяется на несколько секций, каждая из которых представляет из себя отдельную линзу Френеля.
На рисунке ниже можно увидеть отдельные секции - линзы Френеля:
На этом макроснимке обратите внимание, что фактура отдельных линз отличается:
В результате формируется целый набор чувствительных участков, которые взаимодействуют между собой.
Рисунки из даташита NL11NH:
Ниже еще один рисунко. Более яркий, но менее информативный. Кроме того, обратите внимание, что у большинства датчиков угол обзора составляет 110 градусов, а не 90.
Рисунок из IR-TEC:
Подключение PIR датчика движения
Большинство модулей с инфракрасными датчиками движения имеют три коннектора на задней части. Распиновка может отличаться, так что прежде чем подключать, проверьте ее! Обычно рядом с коннекторами сделаны соответсвующие надписи. Один коннектор идет к земле, второй выдает интересующий нас сигнал с сенсоров, третий - земля. Напряжение питания обычно составляет 3-5 вольт, постоянный ток. Однако иногда встречаются датчики с напряжением питания 12 вольт. В некоторых больших датчиках отдельного пина сигнала нет. Вместо этого используется реле с землей, питанием и двумя переключателями.
Для прототипа вашего устройства с использованием инфракрасного датчика движения, удобно использовать монтажную плату, так как большинство данных модулей имеют три коннектора, расстояние между которыми рассчитано именно под отверстия макетки.
В нашем случае красный кабель соответсвует питанию, черный - земле, а желтый - сигналу. Если вы подключите кабели неправильно, датчик не выйдет из строя, но работать не будет.
Тестирование PIR датчика движения
Соберите схему в соответсвии с рисунком выше. В результате, когда PIR датчик обнаружит движение, на выходе сгенерируется сигнал HIGH, который соответсвует 3.3 В и светодиод загорится.
При этом учтите, что пироэлектрический датчик должен "стабилизироваться". Установите батарейки и подождите 30-60 секунд. На протяжении этого времени светодиод может мигать. Подождите, пока мигание закончится и можно начинать махать руками и ходить вокруг датчика, наблюдая за тем, как светодиод зажигается!
Настройка перезапуска датчика
У пироэлектрического датчика движения есть несколько настоек. Первой мы рассмотрим "перезапуск".
После подключения, посмотрите на заднюю поверхность модуля. Коннекторы должны быть установлены в левом верхнем углу L, как это показано на рисунке ниже.
Обратите внимание, что при таком варианте подключения, светодиод не горит постоянно, а включается-выключается, когда вы двигаетесь возле него. Это опция "без перезапуска" (non-retriggering).
Теперь установите коннектор в позицию H. После тестирования окажется, что светодиод горит постоянно, если кто-то движется в пределах зоны чувствительности датчика. Это режим "перезапуск".
Рисунок ниже из даташита датчика BISS0001:
Для большинства случаев режим "перезапуск" (коннектор в позиции H кк это показано на рисунке ниже) лучше.
Настраиваем чувствительность
На многих инфракрасных датчиках движения, в том числе и у компании Adafruit, установлен небольшой потенциометр для настройки чувствительности. Вращение потентенциометра по часовой стрелке добавляет чувствительность датчику.
Изменение времени импульса и времени между импульсами
Когда мы рассматривает PIR датчики, важны два промежутка времени "задержки". Первый отрезок времени -Tx: как долго горит светодиод после обнаружения движения. На многих пироэлектрических модулях это время регулируется встроенным потенциометром. Второй отрезок времени - Ti: как долго светодиод гарантированно не загорится, когда движения не было. Изменять этот параметр не так просто, для этого может понадобится паяльник.
Давайте взглянем на даташит BISS:
На датчиках от Adafruit есть потенциометр, отмеченный как TIME. Это переменный резистор с сопротивлением 1 мегаом, который добавлен к резисторам на 10 килоом. Конденсатор C6 имеет емкость 0.01 микрофарат, так что:
Tx = 24576 x (10 кОм + Rtime) x 0.01 мкФ
Когда потенциометр Rtime в "нулевом" - полностью повернут против часовой стрелки - положении (0 мегаом):
Tx = 24576 x (10 кОм) x 0.01 мкФ = 2.5 секунды (примерно)Когда потенциометр Rtime полностью повернут по часовой стрелке (1мегаом):
Tx = 24576 x (1010 кОм) x 0.01 мкФ = 250 секунд (примерно)
В средней позиции RTime время будет составлять около 120 секунд (две минуты). То есть, если вы хотите отслеживать движение объекта с частотой раз в минуту, поверните потенциометр на 1/4 поворота.
Для более старых/других моделей PIR датчиков
Если на вашем датчике нет потенциометров, можно провести настройку с помощью резисторов.
Нас интересуют резисторы R10 и R9. К сожалению, китайцы умею многое. В том числе и путать надписи. На рисунке выше приведен пример, на котором видно, что перепутаны R9 с R17. Отследить подключение по даташиту. R10 подключен к 3 пину, R9 - к 7 пину.
Например:
Tx is = 24576 * R10 * C6 = ~1.2 секунд
R10 = 4.7K и C6 = 10 нанофарад
Ti = 24 * R9 * C7 = ~1.2 секунд
R9 = 470K и C7 = 0.1 микрофарад
Вы можете изменить время задержки установив различные резисторы и конденсаторы.
Подключение PIR датчика движения к Arduino
Напишем программу для считывания значений с пироэлектрического датчика движения. Подключить PIR датчик к микроконтроллеру просто. Датчик выдает цифровой сигнал, так что все, что вам необходимо - считывать с пина Arduino сигнал HIGH (рбнаружено движение) или LOW (движения нет).
При этом не забудьте установить коннектор в позицию H!
Подайте питание 5 вольт на датчик. Землю соежинети с землей. После этого соедините пин сигнала с датчика с цифровым пином на Arduino. В данном примере использован пин 2.
Программа простая. По сути она отслеживает состояние пина 2. А именно: какой на нем сигнал: LOW или HIGH. Кроме того, віводится сообщение, когда состояние пина меняется: есть движение или движения нет.
* проверка PIR датчика движения
int ledPin = 13; // инициализируем пин для светодиода
int inputPin = 2; // инициализируем пин для получения сигнала от пироэлектрического датчика движения
int pirState = LOW; // начинаем работу программы, предполагая, что движения нет
int val = 0; // переменная для чтения состояния пина
pinMode(ledPin, OUTPUT); // объявляем светодиод в качестве OUTPUT
pinMode(inputPin, INPUT); // объявляем датчик в качестве INPUT
Serial.begin(9600);
val = digitalRead(inputPin); // считываем значение с датчика
if (val == HIGH) { // проверяем, соответствует ли считанное значение HIGH
digitalWrite(ledPin, HIGH); // включаем светодиод
if (pirState == LOW) {
// мы только что включили
Serial.println("Motion detected!");
pirState = HIGH;
digitalWrite(ledPin, LOW); // выключаем светодиод
if (pirState == HIGH){
// мы только что его выключили
Serial.println("Motion ended!");
// мы выводим на серийный монитор изменение, а не состояние
Не забудьте, что для работы с пироэлектрическим датчиком не всегда нужен микроконтроллер. Порой можно обойтись и простым реле.
В этой статье описано создание датчика движения на основе модулей с пассивным ИК датчиком. Есть много моделей модулей с PIR датчиком от разных производителей, но в основе у них лежит один принцип. Они имеют один выход, который дает сигнал низкого или высокого уровня (в зависимости от модели) при обнаружении движения. В моем проекте микроконтроллер PIC12F635 постоянно следит за логическим уровнем на выходе модуля с датчиком и включает зуммер, когда он высокий.
Теория
Некоторые кристаллические материалы обладают свойством генерировать поверхностный электрический заряд при контакте с тепловым ИК излучением. Это явление известно как пироэлектричество. Пассивные модули с ИК датчиком работают на основе этого принципа. Тело человека излучает тепло в виде ИК излучения с максимальной длиной волны около 9,4 мкм. Появление человека создает внезапные изменения в ИК диапазоне окружающей среды, что воспринимается пироэлектрическим датчиком. Модуль с PIR датчиком имеет элементы которые усиливают сигнал для его соответствия логическим уровням. Перед началом работы датчику необходимо от 10 до 60 секунд для ознакомления с окружающей средой для дальнейшего нормального функционирования. В это время следует избегать движений в поле зрения датчика. Датчик действует на расстояние до 20 футов и не реагирует на естественные изменения окружающей среды, связанные с течение времени. При этом, датчик реагирует на любое резкое изменение окружающей среды(например появление человека). Модель с датчиком не следует размещать рядом с батареями, розетками и любыми другими предметами быстро меняющими свою температуру, т.к. это приведёт к ложному срабатыванию. Модули с PIR датчиком обычно имеют 3 контакта: Vcc, Выход и GND. Цоколевка у разных производителей может отличаться, поэтому я рекомендую проверить документацию. Также значение вывода может быть обозначено прямо на плате. На моём датчике таких обозначений нет. Он может работать при напряжении питания от 5 до 12V и имеет свой собственный встроенный стабилизатор напряжения. При наличии движения на выходе датчика появляется высокий логический уровень. Также он имеет 3х контактный джампер для установки режима работы. Боковые контакты имеют метки H и L. Когда перемычка находится в положении H, при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе остается высокий логический уровень. В положении L, на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс. Передняя часть модуля имеет линзу Френеля для фокусировки ИК излучения на чувствительный элемент.
Схема и конструкция
Схема датчика движения довольно проста. Устройство работает от 4 AA батарей, которые дают 6V. На диоде, который используется как защита от неправильного подключения питания, напряжение падает до 5,4V. Я проверял схему с NI-MH аккумулятором 4,8 V и она работала, но я рекомендую использовать щелочные батарейки по 1,5V каждая для лучшей производительности. Вы можете также использовать батареи 9V , но тогда вам необходим стабилизатор LM7805. Выход с модуля контролируется микроконтроллером PIC12F635 через порт GP5 (вывод 2). При движении на выходе датчика появляется напряжение около 3,3 V. Это напряжение распознаётся микроконтроллером ка высокий логический уровень, но я предпочел использовать это напряжение для управления NPN транзистором BC547, коллектор которого подключил к микроконтроллеру. Когда транзистор закрыт, на его коллекторе высокий логический уровень (+5V). При движении на выходе модуля появляется высокий логический уровень который насыщает транзистор и напряжение на его коллекторе падает до низкого логического уровня. Перемычки на датчике находится в позиции H, так что выходной сигнал датчика будет оставаться высоким до тех пор, пока движение не прекратится. Микроконтроллер PIC12F635 использует внутренний тактовый генератор, работающий на частоте 4,0 МГц.
Светодиод, подключенный к порту GP4 через токоограничивающий резистор мигает 3 раза при подключении питания. Пьезоэлектрический зуммер EFM-290ED подключенный к порту GP2 сообщает о наличии движения. Пьезоэлектрический зуммер дает максимально громкий звук на своей резонансной частоте. Зуммер который я использовал, имеет резонансную частоту 3,4 ± 0,5 кГц. После экспериментов с ним, я обнаружил, что максимальный звук он дает на частоте около 372 Гц. Хотя в документации сказано, что рабочее напряжение составляет от 7-12V, он работает и от напряжения 5V.
Программа
Программа написана на С и скомпилирована в для PIC. При подаче питания светодиод мигает три раза и это свидетельствует о успешном запуске. После этого микроконтроллер ждет 60 секунд до начала проверки значения на выходе с датчика. Это требуется для стабилизации датчика. Когда микроконтроллер определяет срабатывание датчика, он запускает пьезозуммер на частоте 3725Гц. MikroC имеет встроенную библиотеку для генерации звука (Sound_Play()). Зуммер издает звук до тех пор, пока датчик ощущает движение. Когда движение прекращается, логический уровень на выходе датчика изменяется, но зуммер не замолкает сразу, а еще в течение примерно 10 секунд издает звук на частоте 3570Гц. Если он обнаруживает движение снова, он опять запустится на частоте 3725 Гц. Этот проект использует внутренний генератор запущенный на частоте 4,0 МГц, MCLR и сторожевой таймер выключены.
/* Project: PIR Motion Sensor Alarm (PIC12F635) Piezo: EFM-290ED, 3.7 KHz connected at GP2 PIR sensor module in retriggering mode Internal Clock @ 4.0 MHz, MCLR Disabled, WDT OFF */ sbit Sensor_IP at GP5_bit; // sensor I/P sbit LED at GP4_bit; // LED O/P unsigned short trigger, counter; void Get_Delay(){ Delay_ms(300); } void main() { CMCON0 = 7; TRISIO = 0b00101000; // GP5, 5 I/P"s, Rest O/P"s GPIO = 0; Sound_Init(&GPIO,2); // Blink LED at Startup LED = 1; Get_Delay(); LED = 0; Get_Delay(); LED = 1; Get_Delay(); LED = 0; Get_Delay(); LED = 1; Get_Delay(); LED = 0; Delay_ms(60000); // 45 Sec delay for PIR module stabilization counter = 0; trigger = 0; do { while (!Sensor_IP) { // Sensor I/P Low Sound_Play(3725, 600); Delay_ms(500); trigger = 1; counter = 0; } if (trigger) { Sound_Play(3570, 600); Delay_ms(500); counter = counter+1; if(counter == 10) trigger=0; } }while(1); } // End main()
Фото устройства:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| МК PIC 8-бит | PIC12F635 | 1 | В блокнот | |||
| Биполярный транзистор | BC547 | 1 | В блокнот | |||
| Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Резистор | 470 Ом | 1 | В блокнот | |||
| Светодиод | 1 |
Принцип работы PIR (Passive Infra Red)- датчиков
Любой объект, обладающий какой-то температурой, становится источником электромагнитного (теплового) излучения, в том числе - человеческое тело. Длина волны этого излучения зависит от температуры и находится в инфракрасной части спектра. Это излучение невидимо для глаза и улавливается только датчиками. Их еще называют PIR-датчиками.
Это аббревиатура от слов «passive infrared» или «пассивные инфракрасные» датчики. Пассивные - потому что датчики сами не излучают, а только воспринимают излучение с длиной волны от 7 до 14 µм.
Человек излучает тепло. Его тепловое изображение в инфракрасных лучах показывает распределение температуры по поверхности тела. Более нагретые предметы выглядят светлее, более холодные - темнее, т.к. излучают меньше тепла.
PIR-датчик содержит чувствительный элемент, который реагирует на изменение теплового излучения. Если оно остается постоянным - электрический сигнал не генерируется.
Для того, чтобы датчик среагировал на движение, применяют специальные линзы (линзы Френеля) с несколькими фокусирующими участками, которые разбивают общую тепловую картину на активные и пассивные зоны, расположенные в шахматном порядке. Человек, находясь в сфере работы датчика, занимает несколько активных зон полностью или частично.
Поэтому, даже при минимальном движении происходит перемещение из одних активных зон в другие, что вызывает срабатывание датчика. Фоновая тепловая картина, как правило, меняется очень медленно и равномерно. Датчик на нее не реагирует. Высокая плотность активных и пассивных зон позволяет датчику надежно определить присутствие человека даже при малейшем движении.
Обзор датчика пространства HC-SR501
Модуль датчика движения (или присутствия) HCSR501 на основе пироэлектрического эффекта состоит из PIR-датчика 500BP (рис. 1) с дополнительной электрической развязкой на микросхеме BISS0001 и линзы Френеля, которая используется для увеличения радиуса обзора и усиления инфракрасного сигнала (рис. 2). Модуль используется для обнаружения движения объектов, излучающих инфракрасное излучение. Чувствительный элемент модуля – PIR-датчик 500BP. Принцип его работы основан на пироэлектричестве. Это явление возникновения электрического поля в кристаллах при изменении их температуры.Управление работой датчика осуществляет микросхема BISS0001. На плате расположены два потенциометра, с помощью первого настраивается дистанция обнаружения объектов (от 3 до 7 м), с помощью второго - задержка после первого срабатывания датчика (5 - 300 сек). Модуль имеет два режима – L и H. Режим работы устанавливается с помощью перемычки. Режим L – режим единичного срабатывания, при обнаружении движущегося объекта на выходе OUT устанавливается высокий уровень сигнала на время задержки, установленное вторым потенциометром. На это время датчик не реагирует на движущиеся объекты. Этот режим можно использовать в системах охраны для подачи сигнала тревоги на сирену. В режиме H датчик срабатывает каждый раз при обнаружении движения. Этот режим можно использовать для включения освещения. При включении модуля происходит его калибровка, длительность калибровки приблизительно одна минута, после чего модуль готов к работе. Устанавливать датчик желательно вдали от открытых источников света.
Рисунок 1. PIR-датчик 500BP
Рисунок 2. Линза Френеля
Технические характеристики HC-SR501
- Напряжение питания: 4.5-20 В
- Ток потребления: 50 мА
- Напряжение на выходе OUT: HIGH – 3,3 В, LOW – 0 В
- Интервал обнаружения: 3-7 м
- Длительность задержки после срабатывания: 5 - 300 сек
- Угол наблюдения до 120
- Время блокировки до следующего замера: 2.5сек.
- Режимы работы: L - одиночное срабатывание, H - срабатывание при каждом событии
- Рабочая температура от -20 до +80C
- Габариты 32x24x18 мм
Подключение инфракрасного датчика движения к Arduino
Модуль имеет 3 вывода (рис. 3):- VCC - питание 5-20 В;
- GND - земля;
- OUT - цифровой выход (0-3.3В).
Рисунок 3. Назначение контактов и настройка HC-SR501
Подключим модуль HC-SR501 к плате Arduino (Схема соединений на рис. 4) и напишем простой скетч, сигнализирующий звуковым сигналом и сообщением в последовательный порт, при обнаружении движущегося объекта. Для фиксации срабатываний микроконтроллером будем использовать внешние прерывания на вход 2. Это прерывание int0.
Рисунок 4. Схема соединений подключения модуля HC-SR501 к плате Arduino
Загрузим скетч из листинга 1 на плату Arduino и посмотрим как датчик реагирует на препятствия (см. рис. 5). Модуль установим в режим работы L. Листинг 1 // Скетч к обзору датчика движения/присутствия HC-SR501 // сайт // контакт подключения выхода датчика #define PIN_HCSR501 2 // флаг сработки boolean flagHCSR501=false; // контакт подключения динамика int soundPin=9; // частота звукового сигнала int freq=587; void setup() { // инициализация последовательного порта Serial.begin(9600); // запуск обработки прерывания int0 attachInterrupt(0, intHCSR501,RISING); } void loop() { if (flagHCSR501 == true) { // Сообщение в последовательный порт Serial.println("Attention!!!"); // звуковая сигнализация на 5 сек tone(soundPin,freq,5000); // обнулить флаг сработки flagHCSR501 = false; } } // обработка прерывания void intHCSR501() { // установка флага сработки датчика flagHCSR501 = true; }
Рисунок 5. Вывод данных в монитор последовательного порта
С помощью потенциометров экспериментируем с длительностью сигнала на выходе OUT и чувствительностью датчика (расстоянием фиксации объекта).
Пример использования
Создадим пример отправки sms при срабатывании датчика движения/присутствия на охраняемом объекте. Для этого будем использовать GPS/GPRS шилд. Нам понадобятся следующие детали:- плата Arduino Uno
- GSM/GPRS шилд
- npn-транзистор, например С945
- резистор 470 Ом
- динамик 8 Ом 1Вт
- провода
Рисунок 6. Схема соединений
При срабатывании датчика вызываем процедуру отправки sms с текстовым сообщением Atten
tion!!!
на номер PHONE. Содержимое скетча представлено в листинге 2. GSM/GPRS шилд в режиме отправки sms потребляет ток до 2 А, поэтому используем внешний источник питания 12В 2А. Листинг 2 // Скетч 2 к обзору датчика движения/присутствия HC-SR501
// отправка sms при срабатывании датчика
// сайт
// контакт подключения выхода датчика
#define PIN_HCSR501 2
// флаг сработки
boolean flagHCSR501 false;
// контакт подключения динамика
int soundPin=9;
// частота звукового сигнала
int freq=587;
// библиотека SoftwareSerial
#include
Часто задаваемые вопросы FAQ
1. Модуль не срабатывает при движении объекта- Проверьте правильность подключения модуля.
- Настройте потенциометром дистанцию срабатывания.
- Настройте потенциометром задержку длительности сигнала.
- Установите перемычку в режим единичного срабатывания L.
