pir переключатель что такое
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?
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:
Наконец, на плате есть перемычка (на некоторых моделях перемычка не впаяна). У нее есть два варианта настройки:
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.
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.
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:
Технические характеристики классического PIR Sensor HC-SR501
В данном приборе объединены сам датчик и схема управления. Технические характеристики PIR Sensor HC-SR501 таковы:
Стоимость PIR Sensor HC-SR501 — около 130 рублей.
Инструкция по подключению и эксплуатации
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.
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.
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:
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.
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
В Санкт-Петербурге
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.
Пироэлектрический инфракрасный (PIR) датчик движения и Arduino
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.
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.
Ссылки для заказа оборудования, которое используется в статье в дальнейшем из Китая
>Для заказа с Aliexpress:
Принцип работы пироэлектрических (PIR) датчиков движения
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
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 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.
Подключение PIR датчика движения
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.
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
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
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.
Tx is = 24576 * R10 * C6 =
R10 = 4.7K и C6 = 10 нанофарад
R9 = 470K и C7 = 0.1 микрофарад
Вы можете изменить время задержки установив различные резисторы и конденсаторы.
Подключение PIR датчика движения к Arduino
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
val = digitalRead(inputPin); // считываем значение с датчика
digitalWrite(ledPin, HIGH); // включаем светодиод
// мы только что включили
// мы выводим на серийный монитор изменение, а не состояние
digitalWrite(ledPin, LOW); // выключаем светодиод
// мы только что его выключили
// 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.