Σε αυτήν την ανάρτηση θα εξερευνήσουμε το φύλλο δεδομένων PIR ή Pyroelectric Infrared Radial Sensor HC-SR501. Θα καταλάβουμε για ποιο σκοπό χρησιμοποιείται ο αισθητήρας PIR; Οι βασικές λειτουργίες ενεργοποίησης, οι λεπτομέρειες σύνδεσης pin, οι τεχνικές προδιαγραφές και τέλος θα εξετάσουμε μερικές πραγματικές εφαρμογές.
Θα ξεκινήσουμε κατανοώντας την πραγματική μονάδα αισθητήρα PIR που είναι εγκατεστημένη στο εσωτερικό τυπικές μονάδες PIR και μάθετε τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του, τις λεπτομέρειες pinout και τις εσωτερικές λεπτομέρειες εργασίας.
Τι είναι ο αισθητήρας PIR;
Το PIR σημαίνει Πυροηλεκτρικό Υπέρυθρο Ακτινικό Αισθητήρα ή Παθητικό Υπέρυθρο Αισθητήρα. Το PIR είναι ένας ηλεκτρονικός αισθητήρας που ανιχνεύει τις αλλαγές στο υπέρυθρο φως σε συγκεκριμένη απόσταση και εκπέμπει ένα ηλεκτρικό σήμα στην έξοδο του ως απόκριση σε ένα ανιχνευμένο σήμα IR. Μπορεί να ανιχνεύσει οποιοδήποτε αντικείμενο εκπομπής υπερύθρων, όπως ανθρώπινα όντα ή ζώα, εάν είναι το εύρος του αισθητήρα, ή απομακρύνεται από το εύρος ή κινείται εντός του εύρους του αισθητήρα.
Η μονάδα αισθητήρα PIR μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη έναν ευαίσθητο υπέρυθρο κρύσταλλο και το κύκλωμα επεξεργασίας.
Απεικόνιση ευαίσθητου PIR κρυστάλλου:
Το σκοτεινό τμήμα του μετάλλου όπου στεγάζεται ο ευαίσθητος στο IR κρύσταλλος, ο ευαίσθητος κρύσταλλος μπορεί να ανιχνεύσει το επίπεδο υπερύθρων στο περιβάλλον. Στεγάζει πραγματικά δύο πυροηλεκτρικούς αισθητήρες για την ανίχνευση κινούμενων αντικειμένων. Εάν ένας από τους ευαίσθητους κρυστάλλους ανιχνεύσει αλλαγή στα υπέρυθρα (αύξηση ή μείωση) από ότι οι άλλοι ευαίσθητοι κρύσταλλοι, η έξοδος ενεργοποιείται.
Μια πλαστική δομή σε σχήμα θόλου τοποθετείται κανονικά πάνω σε αυτόν τον ευαίσθητο κρύσταλλο που λειτουργεί ως φακός για να εστιάσει το υπέρυθρο φως στους αισθητήρες.
Πώς λειτουργεί το PIR
Η λειτουργία ανίχνευσης ενός πυροηλεκτρικού υπερύθρου αισθητήρα βασίζεται στην ιδιότητα ή το χαρακτηριστικό που καθίσταται υπεύθυνο για την αλλαγή της πόλωσης του υλικού του σε απόκριση σε αλλαγές θερμοκρασίας.
Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν ένα διπλό ή ένα ζευγάρι στοιχείων ανίχνευσης για την ανίχνευση των σημάτων IR σε δύο βήματα, το οποίο εξασφαλίζει μια ανθεκτική ανίχνευση ακυρώνοντας τις ανεπιθύμητες μεταβολές θερμοκρασίας στο υπάρχον στάδιο EMI. Αυτή η διαδικασία ανίχνευσης δύο βημάτων βελτιώνει τη συνολική σταθερότητα του αισθητήρα και βοηθά στην ανίχνευση σημάτων IR μόνο από την ανθρώπινη παρουσία.
Όταν ένας άνθρωπος ή μια σχετική πηγή IR κινείται πέρα από έναν αισθητήρα PIR, η ακτινοβολία κόβει το ζεύγος των αισθητηριακών στοιχείων με έναν εναλλακτικό τρόπο, ενεργοποιώντας την έξοδο για να δημιουργήσει ένα ζευγάρι ON / OFF ή υψηλούς και χαμηλούς παλμούς, όπως απεικονίζεται στο ακόλουθη κυματομορφή:
Η ακόλουθη πρόχειρη προσομοίωση Gif δείχνει πώς ένας αισθητήρας PIR αποκρίνεται σε έναν κινούμενο άνθρωπο και αναπτύσσει μερικούς μικρούς αιχμηρούς παλμούς στα καλώδια εξόδου του για την απαιτούμενη επεξεργασία ή ενεργοποίηση ενός κατάλληλου διαμορφωμένου σταδίου ρελέ
Εσωτερική διάταξη ενός PIR
Το παρακάτω σχήμα δείχνει την εσωτερική διάταξη ή τη διαμόρφωση μέσα σε έναν τυπικό αισθητήρα PIR.
Στα αριστερά μπορούμε να δούμε ένα ζευγάρι στοιχείων ανίχνευσης υπερύθρων συνδεδεμένα σε σειρά. Το άνω άκρο αυτής της σειράς συνδέεται με την πύλη ενός ενσωματωμένου FET που λειτουργεί ως ένας μικρός ενισχυτής σήματος IR. Η αντίσταση Rg pull down παρέχει την απαιτούμενη λογική μηδενικής αναμονής στο FET για να βεβαιωθείτε ότι παραμένει εντελώς απενεργοποιημένη εάν δεν υπάρχει σήμα IR.
Όταν ένα κινούμενο σήμα IR ανιχνεύεται από το ζεύγος στοιχείων ανίχνευσης, δημιουργεί ένα αντίστοιχο ζεύγος σημάτων hi και low logic όπως συζητήθηκε παραπάνω:
Αυτοί οι παλμοί ενισχύονται καταλλήλως από το FET και αναπαράγονται στον πείρο εξόδου του για περαιτέρω επεξεργασία με ένα συνδεδεμένο κύκλωμα.
Τα σχετικά στάδια EMI μαζί με τον πυκνωτή παρέχουν επιπλέον διήθηση στη διαδικασία, προκειμένου να παραχθεί ένα καθαρό σύνολο παλμών στον υποδεικνυόμενο πείρο εξόδου του PIR.
Έλεγχος ρύθμισης για τον αισθητήρα PIR
Η παρακάτω εικόνα δείχνει μια τυπική ρύθμιση αισθητήρα PIR. Η έξοδος και οι ακίδες Vss (αρνητικός πείρος) του PIR συνδέονται με μια εξωτερική αντίσταση προς τα κάτω, ο πείρος Vdd παρέχεται με τροφοδοσία 5V.
Ένα μαύρο χαρτικό σώμα παράγει την απαιτούμενη ισοδύναμη υπέρυθρη ακτινοβολία για τον αισθητήρα PIR μέσω ενός μηχανισμού ψαλιδιού. Η πλάκα ψαλιδιού κόβει εναλλάξ τα σήματα IR που μιμούνται έναν κινούμενο στόχο IR.
Αυτό το τεμαχισμένο σήμα IR χτυπά τον αισθητήρα PIR δημιουργώντας τους καθορισμένους παλμούς κατά μήκος του πείρου εξόδου του, ο οποίος ενισχύεται καταλλήλως μέσω ενός opamp για ανάλυση σε ένα πεδίο.
Οι ιδανικές συνθήκες δοκιμής για την παραπάνω ρύθμιση φαίνονται παρακάτω:
Εξισορρόπηση της εξόδου Sensing Element
Δεδομένου ότι χρησιμοποιείται ένας μηχανισμός διπλής ανίχνευσης στα PIR, καθίσταται απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η επεξεργασία μέσω του ζεύγους φακών είναι σωστά ισορροπημένη.
Τα αισθητήρια στοιχεία ελέγχονται και διαμορφώνονται κατάλληλα αξιολογώντας την αντίστοιχη τάση εξόδου ενός σήματος (SSOV) μέσω του ακόλουθου τύπου:
Ζυγός: | Va - Vb | / (Va + Vb) x 100%
Όπου, Va = Ευαισθησία της πλευράς Α (mV κορυφή προς κορυφή)
Vb = Ευαισθησία πλευρά Β (mV κορυφή έως κορυφή)
Κύριες προδιαγραφές
Οι κύριες τεχνικές προδιαγραφές και οι παράμετροι διαστάσεων ενός αισθητήρα PIR μπορούν να ενημερωθούν από τις ακόλουθες λεπτομέρειες:
Χρήση PIR Inside Modules
Σήμερα θα βρείτε μονάδες PIR που διαθέτουν αισθητήρα PIR ενσωματωμένο με εξειδικευμένο κύκλωμα επεξεργασίας και φακό. Αυτό βελτιώνει την απόδοση του PIR πολλές φορές και επιτρέπει στον τελικό χρήστη να έχει καλά καθορισμένη βελτιστοποιημένη, ενισχυμένη έξοδο από τη μονάδα.
Αυτή η έξοδος πρέπει τώρα να διαμορφωθεί μόνο με ένα στάδιο ρελέ για την απαιτούμενη εναλλαγή ON / OFF ενός φορτίου σε απόκριση της ανθρώπινης παρουσίας στην καθορισμένη ζώνη.
Το κύκλωμα μέσα σε τυπικές μονάδες αποτελείται από IC BISS0001 το οποίο έχει σχεδιαστεί ειδικά για εφαρμογές ανίχνευσης κίνησης. Παρέχονται δύο εξογκώματα, ένα για τη ρύθμιση της ευαισθησίας της μονάδας και ένα άλλο για τη ρύθμιση του χρονικού διαστήματος για το πόσο καιρό θα πρέπει να παραμείνει η έξοδος ΥΨΗΛΗ μετά την ενεργοποίηση της μονάδας.
Τώρα ας διερευνήσουμε τις τεχνικές λεπτομέρειες του αισθητήρα PIR HC-SR501.
Τάση λειτουργίας:
Το HC-SR501 είναι από 5 V έως 20 V, γεγονός που καθιστά μεγάλη ευελιξία για τους σχεδιαστές κυκλωμάτων.
Τωρινή κατανάλωση:
Το HC-SR501 είναι μια συσκευή φιλική προς τις μπαταρίες, η τρέχουσα κατανάλωσή της είναι 65 mA όταν ανιχνεύει οποιαδήποτε αλλαγή στο φως IR.
Τάση εξόδου:
Όταν η μονάδα ανιχνεύει μια κίνηση υπέρυθρων, η έξοδος πηγαίνει ΥΨΗΛΗ στα 3,3 V, εάν η μονάδα δεν ανιχνεύσει κίνηση, πηγαίνει LOW ή 0 V μετά από μια καθορισμένη περίοδο.
Χρόνος καθυστέρησης:
Παρέχεται ένα κουμπί για τη ρύθμιση του χρόνου παραμονής της εξόδου ΥΨΗΛΗ μετά την ανίχνευση του υπερύθρου. Αυτή η χρονική περίοδος μπορεί να ρυθμιστεί από 5 δευτερόλεπτα σε 5 λεπτά.
Εύρος ευαισθησίας:
Η γωνία της περιοχής ανίχνευσης είναι περίπου 110 βαθμός κώνου. Παρέχεται ένα κουμπί για την προσαρμογή της ευαισθησίας που μπορούμε να κυμαίνουμε από 3 μέτρα έως 7 μέτρα κάθετα προς το γευστικό. Η ευαισθησία μειώνεται καθώς κινούμαστε και στις δύο πλευρές του αισθητήρα.
Θερμοκρασία λειτουργίας:
Το HC-SR501 έχει εντυπωσιακή θερμοκρασία λειτουργίας που κυμαίνεται από -15 έως +70 βαθμούς Κελσίου.
Ρεύμα ηρεμίας:
Το ηρεμιστικό ρεύμα είναι το ρεύμα που καταναλώνεται από την τροφοδοσία, όταν ο αισθητήρας δεν ανιχνεύει καμία κίνηση ή όταν είναι σε αδράνεια. Καταναλώνει λιγότερο από 50 uA, γεγονός που καθιστά τον αισθητήρα φιλικό προς την μπαταρία.
PIR pinouts και τρόποι ενεργοποίησης
Λειτουργίες ενεργοποίησης:
Η μονάδα PIR έχει δύο τρόπους ενεργοποίησης: Λειτουργία μονής σκανδάλης / μη επανάληψης και σκανδάλη επανάληψης. Αυτές οι δύο λειτουργίες μπορούν να έχουν πρόσβαση αλλάζοντας τη θέση jumper που δίνεται στη μονάδα.
Λειτουργία μονής σκανδάλης / Λειτουργία μη επανάληψης:
Όταν ο αισθητήρας PIR έχει ρυθμιστεί σε λειτουργία μονής σκανδάλης (και ο χρονοδιακόπτης / ο χρόνος καθυστέρησης ρυθμίζεται για 5 δευτερόλεπτα (ας πούμε)), όταν ανιχνεύεται ένας άνθρωπος, η έξοδος γυρίζει ΥΨΗΛΗ για 5 δευτερόλεπτα και γυρίζει ΧΑΜΗΛΗ.
Επανάληψη λειτουργίας σκανδάλης:
Όταν ο αισθητήρας PIR έχει ρυθμιστεί σε λειτουργία επαναλαμβανόμενης σκανδάλης, όταν ανιχνεύεται ένας άνθρωπος, η έξοδος γυρίζει ΥΨΗΛΗ ο μετρητής μετρά για 5 δευτερόλεπτα, αλλά όταν ανιχνεύεται ένας άλλος άνθρωπος με αυτά τα 5 δευτερόλεπτα ο χρονοδιακόπτης επανέρχεται στο μηδέν και μετρά άλλα 5 δευτερόλεπτα μετά το 2ο ανιχνεύεται ο άνθρωπος.
Χρόνος αποκλεισμού:
Ο χρόνος αποκλεισμού είναι το χρονικό διάστημα όπου ο αισθητήρας είναι απενεργοποιημένος ή δεν θα ανιχνεύσει κίνηση. Ο χρόνος αποκλεισμού για HC-
Το SR501 είναι 3 δευτερόλεπτα από προεπιλογή.
Αυτό συμβαίνει μετά τον χρόνο καθυστέρησης (ο οποίος ρυθμίστηκε από το κουμπί χρονοδιακόπτη) η έξοδος πηγαίνει LOW για 3 δευτερόλεπτα κατά τη διάρκεια αυτού του διαστήματος δεν θα ανιχνευθεί κίνηση. Μετά από τα 3 δευτερόλεπτα (LOW) ο αισθητήρας θα είναι έτοιμος να ανιχνεύσει ξανά την κίνηση.
Με άλλα λόγια, όταν ο αισθητήρας ανιχνεύει κίνηση η έξοδος πηγαίνει ΥΨΗΛΗ, η έξοδος παραμένει ΥΨΗΛΗ σύμφωνα με το κουμπί χρονοδιακόπτη (ας πούμε 5 δευτερόλεπτα), μετά από 5 δευτερόλεπτα ο αισθητήρας PIR πηγαίνει LOW, το σήμα LOW θα παραμείνει για 3 δευτερόλεπτα ανεξάρτητα από το νέο αν υπάρχει.
Διαστάσεις της ενότητας:
Ο αισθητήρας είναι αρκετά συμπαγής ώστε να αποκρύπτεται από την προβολή των ανθρώπων, ώστε να μην επηρεάζει τις διακοσμήσεις κ.λπ. Έχει μέγεθος 32 mm x 24 mm.
Μέγεθος φακού:
Η δομή του λευκού θόλου που περικλείει τον πυροηλεκτρικό αισθητήρα ονομάζεται φακοί Fresnel, οι οποίοι αυξάνουν το εύρος ανίχνευσης και φαίνεται αδιαφανές. Έχει διάμετρο 23 mm.
Εφαρμογές:
• Συστήματα ασφαλείας.
• Αυτόματα φώτα.
• Έλεγχος βιομηχανικών αυτόματων.
• Αυτόματες πόρτες.
Μπορείτε να βρείτε μερικά από τα έργα χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα PIR σε αυτόν τον ιστότοπο.
Τυπικό κύκλωμα μονάδας PIR
Για τους λάτρεις που σκοπεύουν να δημιουργήσουν την πλήρη μονάδα PIR μαζί με τον αισθητήρα και έναν πλήρη ενισχυτή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και να χρησιμοποιηθούν τα ακόλουθα στάνταρ σχηματικά για οποιαδήποτε σχετική εφαρμογή ενεργοποίησης αισθητήρα PIR.
Έχετε περαιτέρω αμφιβολίες ή ερωτήσεις; Μη διστάσετε να τα αναφέρετε στο παρακάτω πλαίσιο σχολίων
Προηγούμενο: Κύκλωμα μετατροπέα Arduino Full-Bridge (H-Bridge) Επόμενο: Κύκλωμα ανιχνευτή ταχύτητας οχήματος για τροχαία
