Arduino Uno a HC-SR501 PIR Senzor

Ako funguje PIR senzor?

Všetky predmety, vrátane ľudského tela, pri teplotách nad absolútnou nulou (0 Kelvinov / -273,15 °C) vyžarujú tepelnú energiu vo forme infračerveného žiarenia. Čím je predmet teplejší, tým viac žiarenia vyžaruje. Toto žiarenie nie je pre ľudské oko viditeľné, pretože je vyžarované na infračervených vlnových dĺžkach. PIR senzor je špeciálne navrhnutý na detekciu takýchto úrovní infračerveného žiarenia.

PIR senzor sa skladá z dvoch hlavných častí:

Pyroelektrický senzor, ktorý môžete vidieť na obrázku nižšie ako okrúhly kov s obdĺžnikovým kryštálom v strede.
Špeciálna šošovka nazývaná Fresnelova šošovka, ktorá sústreďuje infračervené signály na pyroelektrický senzor.

Pyroelektrický senzor

Pozostáva z okienka s dvoma obdĺžnikovými štrbinami a je vyrobený z materiálu (zvyčajne potiahnutý kremíkom), ktorý umožňuje prechod infračerveného žiarenia. Za okienkom sú dve samostatné elektródy infračerveného senzora, jedna zodpovedná za produkciu kladného výstupu a druhá za produkciu záporného výstupu. Dve elektródy sú zapojené tak, že sa navzájom rušia. Je to preto, že hľadáme zmeny v úrovniach IR a nie v úrovniach okolitého IR. To je dôvod, prečo keď jedna polovica vidí viac alebo menej infračerveného žiarenia ako druhá, dostaneme výstup.

Keď okolo snímača nedochádza k žiadnemu pohybu, obe štrbiny detegujú rovnaké množstvo infračerveného žiarenia, výsledkom čoho je nulový výstupný signál.

Ale keď okolo prechádza teplé telo ako človek alebo zviera, najprv zachytí polovicu senzora. To spôsobuje pozitívnu diferenciálnu zmenu medzi týmito dvoma polovicami. Keď teplé telo zasiahne druhú polovicu snímača (opustí oblasť snímania), stane sa opak a snímač vytvorí negatívnu diferenciálnu zmenu. Odčítaním tejto zmeny napätia je detekovaný pohyb.

Fresnelova šošovka

Možno máte pocit, že tu použitá Fresnelova šošovka nič nerobí. V skutočnosti práve ona zvyšuje dosah a zorné pole PIR senzora. Jeho tenká, ľahká konštrukcia a vynikajúca schopnosť zhromažďovania svetla ho robia mimoriadne užitočným a výkonným PIR.

Fresnelova šošovka pozostáva zo série sústredných drážok vyrezaných do plastu. Tieto obrysy pôsobia ako jednotlivé lámavé povrchy, ktoré zhromažďujú paralelné svetelné lúče v ohnisku. Hoci má menšiu veľkosť, je schopná zaostriť svetlo podobne ako konvenčná optická šošovka.

V skutočnosti je na zvýšenie rozsahu a zorného poľa PIR snímača šošovka rozdelená na niekoľko fazetových sekcií, z ktorých každá je samostatnou Fresnelovou šošovkou.

Pre väčšinu našich projektov , ktoré vyžadujú detekciu, či niekto opustil alebo vstúpil do snímanej oblasti, je PIR snímač HC-SR501 skvelou voľbou. Vyznačuje sa nízkou spotrebou energie, nízkymi nákladmi, jednoduchým rozhraním a je mimoriadne obľúbený medzi fanúšikmi.

BISS0001 PIR ovládač

Srdcom modulu je pasívny infračervený (PIR) ovládač IC – BISS0001.

Vďaka odolnosti voči šumu, ktorú poskytuje, je BISS0001 jedným z najstabilnejších dostupných PIR regulátorov. Tento čip odoberá výstup z pyroelektrického senzora a vykonáva na ňom nejaké menšie spracovanie, aby vyslal digitálny výstupný impulz.

Power :

Modul je dodávaný s presným regulátorom napätia 3,3 V, takže môže byť napájaný akýmkoľvek jednosmerným napätím od 4,5V do 12 voltov, hoci bežne sa používa 5V. Modul má ochrannou diódou ktorá chráni modul pred spätným napätím a prúdom. Takže aj keď omylom pripojíte napájanie s nesprávnou polaritou, váš modul sa nepoškodí.

Nastavenie citlivosti

PIR senzor má na zadnej strane potenciometer na nastavenie citlivosti. Tento potenciometer nastavuje maximálny rozsah detekcie. Citlivosť je možné nastaviť v rozsahu približne 3 až 7 metrov. Topológia vašej miestnosti však môže ovplyvniť skutočný dosah, ktorý získate. Otáčanie hlavičky v smere hodinových ručičiek zvýši citlivosť a tým aj dosah a naopak.

Úprava časového oneskorenia

Na zadnej strane PIR senzora je ďalší potenciometer na nastavenie časového oneskorenia.Tento potenciometer nastavuje, ako dlho zostane výstup HIGH po detekcii pohybu. Dá sa nastaviť od 1 sekundy do približne 3 minút. Otáčaním potenciometra v smere hodinových ručičiek sa oneskorenie zvyšuje, otáčaním potenciometra proti smeru hodinových ručičiek sa oneskorenie znižuje.

Jumper výberu spúšťača

Existujú dva režimy spúšťania, ktoré určujú, ako bude senzor reagovať pri detekcii pohybu.

Režim jedného spustenia (): Neustály pohyb spôsobí jedno spustenie.

Režim viacerých spúšťačov(): Neustály pohyb spôsobí sériu spúšťania.

Doska sa dodáva s bergovým mostíkom (niektoré moduly majú mostík na spájkovanie), ktorý vám umožňuje vybrať si jeden z dvoch režimov:

– Výber tejto možnosti nastaví režim jednoduchého spustenia. V tomto režime sa výstup zmení na HIGH, akonáhle je detekovaný pohyb, a zostane HIGH po dobu určenú potenciometrom Time-Delay. Ďalšia detekcia je zablokovaná, kým sa výstup nevráti na LOW na konci časového oneskorenia. Ak je stále pohyb, výstup bude opäť HIGH.

– Výber tejto možnosti nastaví režim viacnásobného spustenia. V tomto režime sa výstup zmení na HIGH, akonáhle je detekovaný pohyb, a zostane HIGH po dobu určenú potenciometrom Time-Delay. Na rozdiel od režimu s jedným spúšťaním nie je zablokovaná ďalšia detekcia, takže časové oneskorenie sa vynuluje pri každom zistení pohybu. Akonáhle sa pohyb zastaví, výstup sa vráti na LOW až s časovým oneskorením. Preto názov viacnásobný režim spustenia.

Voliteľné komponenty – termistor a LDR

Modul HC-SR501 má spájkovacie plôšky pre dva ďalšie komponenty. Zvyčajne sú označené ako „RT“ a „RL“. Upozorňujeme, že na niektorých doskách môže byť štítok pokrytý

Fresnelovou šošovkou na opačnej strane komponentov.

– Toto pripojenie je určené pre termistor alebo teplotne citlivý odpor. Pridaním tohto umožňuje HC-SR501 používať v extrémnych teplotách. To tiež do určitej miery zvyšuje presnosť detektora.

– Toto pripojenie je určené pre svetelný rezistor (LDR) alebo fotorezistor. Pridanie tohto komponentu umožňuje HC-SR501 pracovať v tme. To je užitočné pri budovaní systémov osvetlenia citlivých na pohyb. Tieto prídavné komponenty je možné prispájkovať priamo na modul alebo rozšíriť na vzdialené miesta pomocou vodičov a konektorov.

Technické špecifikácie

Prevádzkové napätie : 4,5 – 20 V (zvyčajne 5 V).
Maximálny odber prúdu : < 2 mA.
Časové oneskorenie : 1 sekunda až 3 minúty.
Detekčná vzdialenosť : 3 – 7 metrov.
Detekčný uhol : 120 stupňov.

HC-SR501 má 3-pinový konektor

Označenia sú skryté Fresnelovou šošovkou, takže piny nájdete na nasledujúcom obrázku.

VCC je napájanie snímača. Na tento kolík môžete pripojiť vstupné napätie medzi 5 až 12 V, bežne sa používa 5V.
OUT pin je 3,3V TTL logický výstup. Keď je detekovaný pohyb, prejde na VYSOKÚ a pri nečinnosti prejde na NÍZKU (nezistený pohyb).
GND je uzemňovací kolík.

Jedným z dôvodov, prečo je PIR senzor HC-SR501 mimoriadne populárny, je to, že HC-SR501 je veľmi všestranný senzor, Jeho všestrannosť môžete ešte zvýšiť pripojením k mikrokontroléru, ako je napr. uno.

Zapojenie PIR senzora k Arduinu

Teraz, keď sme pochopili, ako funguje PIR senzor , môžeme ho začať pripájať k nášmu Arduinu! Pripojenie PIR senzora k Arduinu je naozaj jednoduché. Napájajte PIR 5V a pripojte uzemnenie k zemi. PIR funguje ako digitálny výstup, takže všetko, čo musíte urobiť, je počúvať výstupný pin. Takže pripojte výstup k digitálnemu kolíku 8 Arduina.

Aby HC-SR501 fungoval správne, nastavte prepojku do polohy H (Multiple Trigger Mode). Budete tiež musieť nastaviť Time-Delay na aspoň 3 sekundy, otočte potenciometer Time-Delay proti smeru hodinových ručičiek až na doraz. Nakoniec nastavte potenciometer citlivosti do ľubovoľnej polohy, alebo ak si nie ste istí, nastavte ho na stred.

Kolíkové pripojenia:

HC-SR501 PIR Senzor		ArduinoUno
VCC		5V
GND		GND
OUT		8

Príklad kódu Arduino :

Kód je veľmi jednoduchý. V podstate len sleduje, či je vstup na pin 8 VYSOKÝ alebo NÍZKY.

int ledPin = 13;                // vyberte kolík pre LED
int inputPin = 8;               // vyberte vstupný kolík (pre PIR senzor)
int pirState = LOW;             //začneme za predpokladu, že nebol zaznamenaný žiadny pohyb
int val = 0;                    // premenná na čítanie stavu pinu
 
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);      // deklarovať LED ako výstup
  pinMode(inputPin, INPUT);     // deklarovať snímač ako vstup
 
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop(){
  val = digitalRead(inputPin);  //čítať vstupnú hodnotu
  
  if (val == HIGH)	// skontrolujte, či je vstup VYSOKÝ
  {            
    digitalWrite(ledPin, HIGH);  // zapnite LED
	
    if (pirState == LOW) 
	{
      Serial.println("Rozpoznaný pohyb!");	// tlačiť pri zmene výstupu
      pirState = HIGH;
    }
  } 
  else 
  {
    digitalWrite(ledPin, LOW); //vypnite LED
	
    if (pirState == HIGH)
	{
      Serial.println("Motion ended!");	//tlačiť pri zmene výstupu
      pirState = LOW;
    }
  }
}

So snímačom smerujúcim nahor prejdite rukou po snímači. Na sériovom termináli by ste mali vidieť vytlačenú správu :

„Detekovaný pohyb“

Čo treba zvážiť pred navrhovaním aplikácií založených na PIR HC-SR501 musíte mať na pamäti nasledujúce doby oneskorenia.

Čas uzamknutia Keď je výstup senzora NÍZKY, zostane NÍZKY asi 2 sekundy. Počas toho je snímanie pohybu zablokované.

Povedzme napríklad, že ste nastavili senzor na časové oneskorenie 4 sekundy a nastavili prepojku na „L“. Takže keď mávnete rukou pred senzorom, výstup prejde na 4 sekundy VYSOKÝ a potom na približne 2 sekundy NÍZKY. Akýkoľvek pohyb v tomto období je úplne ignorovaný.

Oneskorenie zapnutia

Ako väčšina PIR senzorov, aj HC-SR501 trvá po zapnutí približne 30 až 60 sekúnd, kým prejde inicializačnou sekvenciou. Vtedy sa naučí okolitý infračervený podpis prostredia. V podstate sa sám kalibruje na prostredie, aby určil, čo predstavuje pohyb. Počas tohto času kalibrácie sa pravdepodobne vyskytnú falošné spúšťače, takže akékoľvek spúšťače počas tohto času by sa mali ignorovať. Tiež sa uistite, že pred snímačom nie je príliš veľa pohybu, keď prebieha samokalibrácia, pretože to môže narúšať proces kalibrácie.