pir датчик что это такое

Как работает датчик движения PIR?

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

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:

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.

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.

Источник

Подробно о PIR-датчиках движения

Как автоматически определить наличие человека в комнате? Для этого нужен PIR датчик движения. Он способен уловить тепловые волны, исходящие от человека. Эти пассивные инфракрасные детекторы могут зафиксировать малейшее движение в помещении. Где применяются и как устроены — об этом речь пойдет в этой статье.

Как выглядит и где используется

Рабочая пластина датчика состоит из кристаллических веществ, которые имеют свойство при попадании света на них поляризоваться. И от того насколько изменится интенсивность излучения зависит изменение и поляризации, а как следствие это вызывает изменение напряжения в электрическом поле кристаллического элемента. Следовательно, если измерить разность потенциалов на разных точках кристаллической пластины можно узнать и величину излучения.

Это основной физический принцип, по которому работают датчики присутствия, с центральным пироэлектрическим элементом. Он помещается в герметичный или пластиковый корпус.

Такие детекторы движения с успехом применяются:

Прибор может зафиксировать движение — электрическая цепь замкнется и включится освещение. Также он сработает и в обратную сторону — если людей в помещении уже нет, то нет и движения, соответственно цепь размыкается и свет гаснет.

Как срабатывает устройство и принцип его действия

Конструктивно ИК-датчик состоит из пироприемников, которые фиксируют наличие инфракрасного излучения, и мильтилинзы.

Внутри корпуса прибора расположены пироприемники, а сверху они накрыты из пластиковым колпаком состоящего из множества мелких линз.

Принцип работы ДД

Чтобы разобраться, как этот элемент работает, нам поможет схема ИК детектора:

В работе устройства, которое фиксирует движение человека, принимают участие три элемента:

Оптическая мультилинза

Мультлинза выполнена из пластика в форме полусферы, на которой расположено множество мини-линз. Они фокусируют ИК излучение от объекта и направляют его на пироприёмник.

Чтобы зафиксировать движение также применяется линза Френеля.

Она разбита на несколько фокусирующих участков. Таким образом, сплошной тепловой фон от объекта раскалывается на активные и пассивные зоны в шахматном порядке. Датчик «видит» человека в целом, но разбитым на такие зоны.

При перемещении изображения из одной зоны в другую, детектор движения срабатывает.

Радиус действия, в котором эффективно работает PIR датчик небольшой, около 6–7 метров.

Особо точные ИК детекторы работают в паре с устройством компенсации слепых пятен. Так устроены ИК-датчики, что они не могут видеть происходящего прямо под ними (особенно это относится к настенным ПИР датчикам).

В таких случаях в конструкцию прибора включается специальное зеркало, направленное таким образом, что данные из слепой зоны перенаправляются на линзы детектора.

Пироприёмник

Задача пироприемника уловить изменение фокусировки и передать сигнал в блок обработки.

Блок обработки сигналов

Сигнал с пироприемника поступает в блок обработки, где и происходит анализ поступивших данных с датчика. После обработки сигнала выдается импульс о наличии движения.

Также с его помощью выставляются более точные настройки прибора, для включения другого подключенного оборудования (сигнализация, управление светом и прочее).

Типы PIR датчиков

Детекторы движения бывают активного и пассивного типа.

Активные датчики

Работают в паре — передатчик и приемник сигнала.

Ультразвуковой извещатель посылает направленные сигналы (ультразвуковые волны), которые после сканирования объекта в зоне покрытия прибора, возвращаются обратно.

Обычно такой тип детекторов находит применение для охранных целей. Сильная сторона приборов такого типа — они улавливают перемещение объектов из любого материала и температуры.

Но есть и свои минусы:

Пассивные датчики движения

Самый универсальный тип детекторов. Именно они прекрасно подходят для автоматизации освещения.

В их конструкции есть только приемник, который успешно различает тепловые зоны тех объектов, которые его окружают. Понятно, что раз девайс работает с разницами в температурных показателях, то такие устройства гораздо успешнее будут функционировать в прохладной обстановке. В этом пространстве различия между теплом от человека и окружающего воздуха проявляются более четче. В этих случаях вероятность ложного срабатывания прибора резко снижается — движущийся объект на общем фоне будет более различимым.

Кроме того, извещатели такого типа успешно применяются в охранных комплексах и системах наблюдения. Номенклатура изделий такого типа очень широка. Практически для любых задач можно подобрать свой детектор движения по мощности и дальности действия.

Есть и переносные ДД автономного типа. Охранную систему можно развернуть буквально в пустом поле для наблюдения за периметром кемпингов к примеру. Если охранную зону пересекут дикие животные, датчики зафиксируют движение и подадут людям сигнал опасности.

Разновидности

Приборов автоматического определения присутствия существует достаточно много, и разделяются они по таким признакам как:

Если возникла необходимость установки ДД, главное условие — зоны действия датчиков должны быть расположены таким образом, чтобы перекрывать всю охраняемую площадь, избегая «мертвых» зон.

Напомним, временные задержки детектора можно настроить таким образом, чтобы не было как пропусков, так и ложных срабатываний.

Использование

Основные направления, где используются ДД:

Защита от проникновения

В любое время суток детекторы эффективно фиксируют незаконное проникновение на частную территорию. В темных местах и с наступлением сумерек датчики автоматически включат свет, если увидят передвижение людей. Могут работать в паре с видеорегистратором.

Автоматизация света

Зачем гореть лампочке, если людей в помещении нет? Детектор движения поможет автоматически включать/выключать свет именно тогда когда в комнате находятся люди. Так можно достигнуть существенной экономии электричества.

Автоматизация климата

Очень удобно управлять температурным режимом в домах и квартирах с помощью извещателей движения. Они могут подавать команды на блок управления кондиционера, если зафиксировано присутствие/отсутствие людей в подконтрольной зоне.

Как успешно разместить PIR датчики

Пироэлектрический датчик поможет не только автоматизировать освещение, но и обеспечивать разнообразную освещенность в разных рабочих зонах с учетом яркости естественного освещения. Зачем нужен свет в пустующем месте? Его можно автоматически отключить с помощью таких датчиков.

Поэтому для всякого рабочего пространства нужна индивидуальная схема подчинения света:

Достоинства и недостатки PIR датчика

Чем хорош PIR датчик, так это:

Технические характеристики классического PIR Sensor HC-SR501

В приборе PIR Sensor HC-SR501 размещен как сам датчик, так и логика его работы.

Его технические характеристики:

Настройка работы

Перед использованием PIR датчика, его, как всякий прибор, необходимо настроить. Для этого он обладает тремя опциями настроек:

Освещённость

Для того чтобы прибор не включал свет днём, поздним утром и с началом сумерек, можно выполнить более тонкую регулировку по параметру «LUX».

Теперь прибор будет включаться именно в тот момент, когда свет в помещении будет более востребован.

Чувствительность

Регулировка чувствительности исключает реакцию датчика на появление в поле его «зрения» мелких домашних животных.

Настройка прибора выполняется винтом «Sens» опытным путем:

Правильная регулировка состоит в том, чтобы датчик зафиксировал движение человека на границе приемлемой освещенности.

Время задержки

Время задержки — параметр, по которому видно, какое время после срабатывания датчик «увидит», что движения больше нет. Временной интервал регулируется в границах от 5 секунд до 10 минут.

Регулировка выполняется регулятором с надписью «Time»:

Что дает временная задержка?

Представьте, что человек поднялся на пятый этаж: ему нужно отдышаться, найти ключи, открыть дверь. И свет должен гореть. То есть параметр задержки должен быть максимальным.

Другое дело если датчик установлен в квартирном коридоре. Тут можно выставить минимальную задержку порядка 3–5 секунд.

Вообще индикаторы движения могут быть установлены в различных местах. Наиболее актуальны эти приборы в местах где часто собираются люди. Например, в офисах и конторах такая задержка по времени включения/выключения должна быть максимально допустимой. И наоборот в малопосещаемых местах задержку включения можно установить на самый минимум.

Особенности монтажа

Датчики движения очень полезны и набирают популярность в различных сферах нашей жизни. Поэтому будет полезным знать о специфике установки этих устройств:

Вариант PIR датчика с GSM-модулем

Зачастую именно ПИР датчик — это та последняя преграда, которую злоумышленник обойти не может. Если проводные системы еще легко заметны, то беспроводные комплексы повышают уровень охранных систем за счет своей автономности, тем самым снижая ее уязвимость. Датчик движения с GSM модулем, безусловно, простое, но эффективное средство защиты своего имущества.

Работа данного прибора аналогична типичным ПИР датчикам. Но в данном случае при обнаружении в охраняемой зоне какого-либо движения девайс отправляет СМС-сообщение по заданному владельцем номеру и параллельно включает встроенный микрофон, чтобы была возможность прослушать, что происходит в помещении в данный момент.

Включить/выключить девайс можно удаленно отправив SMS-команду на сим-карту датчика.

Автономность устройства обеспечивается за счет встроенного пятивольтового аккумулятора, которого хватает на 15–20 дней автономной работы. Встроенный микрофон улавливает звук на расстоянии до 10 метров.

Зона видимости ДД — 5–8 метров при угле обзора в 90°.

Место размещения полноразмерной SIM-карты:

Есть собственный USB-разъем типа UC-E6, который служит для подключения внешнего источника питания на 5 вольт.

Чтобы сохранить номер хозяина датчика в его памяти, достаточно позвонить на номер сим-карты устройства. Всё! Только один номер в памяти и никаких белых или черных списков. Может ли злоумышленник позвонить на этот номер и снять датчик охраны? Да, конечно может. Но тогда это должен быть очень близкий и хорошо знакомый хозяину датчика человек.

Для постановки в режим охраны посылается СМС — сообщение с текстом: «1111».
Для снятия с режима охраны отправляется сообщение с текстом: «0000».

Дополнительных настроек у девайса нет.

Зона сработки датчика небольшая и вероятное место установки ПИР датчика прямо напротив входной двери на расстоянии не больше трех метров.

Можно применить этот датчик непосредственно в автомобиле. Таким образом, появляется возможность отследить местонахождение машины в данный момент времени, если подключить услугу «Местонахождение абонента».

Такой беспроводной сенсор с GSM можно применять как дополнение к уже существующим охранным системам, которые уже есть на объекте и как самостоятельное средство защиты.

Основное преимущество девайса — его автономность. Это обстоятельство дает возможность поставить на охрану те объекты, на которых может отключаться электричество:

Стоимость

Понятно, что на стоимость ПИР датчика влияют его технические характеристики, возможность подстроек, наличие дополнительных функций. Особенность использованного материала и изготовитель тоже сказывается на цене устройства.

Наиболее доступные по цене модели в ценовом диапазоне от 100 до 200 рублей.

В частности, такие как:

Заключение

Кроме бытовых целей ПИР датчики движения используются в АСУ. Более привычные нам цели — это охрана различных объектов, автоматизация конструкций освещения и PIR датчики в системах сигнализации.

Видео по теме

Источник

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.

Источник