Tutorial de sensor de movimiento PIR

Sensores infrarrojos piroeléctricos ("pasivos"):

'' '¿Qué es un sensor PIR?' ''

Los sensores PIR le permiten detectar movimiento, casi siempre se usa para detectar si un humano se ha movido dentro o fuera del rango de los sensores. Son pequeños, económicos, de baja potencia, fáciles de usar y no se desgastan. Por esa razón, se encuentran comúnmente en electrodomésticos y aparatos utilizados en hogares o empresas. A menudo se les conoce como sensores PIR, "infrarrojo pasivo", "piroeléctrico" o "movimiento IR".

Los PIR están hechos básicamente de un sensor piroeléctrico (que se puede ver arriba como la lata redonda de metal con un cristal rectangular en el centro), que puede detectar niveles de radiación infrarroja. Todo emite algo de radiación de bajo nivel, y cuanto más caliente es algo, más radiación se emite. El sensor en un detector de movimiento en realidad está dividido en dos mitades. La razón de esto es que estamos buscando detectar movimiento (cambio), no niveles promedio de IR. Las dos mitades están conectadas para que se cancelen entre sí. Si una mitad ve más o menos radiación IR que la otra, la salida oscilará alto o bajo.

Junto con el sensor piroeléctrico hay un montón de circuitos de soporte, resistencias y condensadores. Parece que la mayoría de los sensores pequeños para aficionados utilizan el BISS0001 ("Micro Power PIR Motion Detector IC"), sin duda un chip muy económico. Este chip toma la salida del sensor y realiza un procesamiento menor para emitir un pulso de salida digital desde el sensor analógico.

Para muchos proyectos o productos básicos que necesitan detectar cuándo una persona se fue o entró al área, o se acercó, los sensores PIR son excelentes. Son de baja potencia y bajo costo, bastante resistentes, tienen una amplia gama de lentes y son fáciles de interactuar. Tenga en cuenta que los PIR no le dirán cuántas personas hay cerca o qué tan cerca están del sensor, la lente a menudo se fija a un cierto barrido y distancia (aunque se puede piratear en algún lugar) y a veces también se activan por la casa mascotas. ¡La experimentación es la clave!

Algunas estadísticas básicas

Estas estadísticas son para el sensor PIR en la tienda Adafruit, que es muy similar al Parallax. Casi todos los PIR tendrán especificaciones ligeramente diferentes, aunque todos funcionan prácticamente igual. Si hay una hoja de datos, querrás consultarla

  • Tamaño: rectangular
  • Precio: $ 10.00 en la tienda Adafruit
  • Salida: pulso digital alto (3V) cuando se dispara (movimiento detectado) digital bajo cuando está inactivo (no se detecta movimiento). Las longitudes de pulso están determinadas por resistencias y condensadores en la PCB y difieren de un sensor a otro.
  • Rango de sensibilidad: hasta 20 pies (6 metros) 110 grados x 70 grados de rango de detección
  • Fuente de alimentación: voltaje de entrada 3.3V - 5V,
  • Hoja de datos BIS0001 (el chip decodificador utilizado)
  • Hoja de datos RE200B (muy probablemente el elemento sensor PIR utilizado)
  • Hoja de datos NL11NH (lente equivalente utilizada)
  • Hoja de datos de Parallax sobre su versión del sensor
    • Una gran página sobre sensores PIR de GLOLAB
    • Informe del sensor de NYU

    Paso 1: ¿Cómo funciona?


    Los sensores PIR son más complicados que muchos de los otros sensores explicados en estos tutoriales (como fotocélulas, FSR e interruptores de inclinación) porque hay múltiples variables que afectan la entrada y salida de los sensores. Para comenzar a explicar cómo funciona un sensor básico, usaremos el diagrama bastante agradable a continuación (si alguien sabe dónde se origina, hágamelo saber).

    El sensor PIR tiene dos ranuras, cada ranura está hecha de un material especial que es sensible al IR. La lente utilizada aquí realmente no está haciendo mucho, por lo que vemos que las dos ranuras pueden 'ver' más allá de cierta distancia (básicamente la sensibilidad del sensor). Cuando el sensor está inactivo, ambas ranuras detectan la misma cantidad de IR, la cantidad ambiental irradiada desde la habitación o las paredes o al aire libre. Cuando pasa un cuerpo cálido como un humano o un animal, primero intercepta la mitad del sensor PIR, lo que provoca un cambio diferencial positivo entre las dos mitades. Cuando el cuerpo caliente abandona el área de detección, sucede lo contrario, por lo que el sensor genera un cambio diferencial negativo. Estos pulsos de cambio son lo que se detecta.

    El propio sensor PIR

    El sensor IR en sí está alojado en una lata de metal herméticamente sellada para mejorar la inmunidad al ruido / temperatura / humedad. Hay una ventana hecha de material transmisor de IR (típicamente silicio recubierto, ya que es muy fácil de encontrar) que protege el elemento sensor. Detrás de la ventana están los dos sensores balanceados.

    Mira las imágenes para más detalles:

    Paso 2: lentes

    Los sensores PIR son bastante genéricos y en su mayor parte varían solo en precio y sensibilidad. La mayor parte de la verdadera magia ocurre con la óptica. Esta es una idea bastante buena para la fabricación: el sensor PIR y los circuitos son fijos y cuestan unos pocos dólares. La lente cuesta solo unos pocos centavos y puede cambiar la amplitud, el rango y el patrón de detección con mucha facilidad.

    En el diagrama anterior, la lente es solo una pieza de plástico, pero eso significa que el área de detección es solo dos rectángulos. Por lo general, nos gustaría tener un área de detección que sea mucho más grande. Para hacer eso, utilizamos una lente simple como las que se encuentran en una cámara: condensan un área grande (como un paisaje) en una pequeña (en una película o un sensor CCD). Por razones que serán evidentes pronto, nos gustaría hacer que las lentes PIR sean pequeñas, delgadas y moldeables a partir de plástico barato, a pesar de que puede agregar distorsión. Por esta razón, los sensores son en realidad lentes Fresnel (ver imagen a continuación).

    Bien, ahora tenemos un rango mucho mayor. Sin embargo, recuerde que en realidad tenemos dos sensores y, lo que es más importante, no queremos dos rectángulos de área de detección realmente grandes, sino una dispersión de múltiples áreas pequeñas. Entonces, lo que hacemos es dividir la lente en múltiples secciones, cada una de las cuales es una lente Fresnel.

    Las diferentes facetas y sub-lentes crean una gama de áreas de detección, intercaladas entre sí. Es por eso que los centros de las lentes en las facetas anteriores son 'inconsistentes': cada uno apunta a una mitad diferente del elemento sensor PIR

    Paso 3: Conexión a tu PIR


    La mayoría de los módulos PIR tienen una conexión de 3 pines en el lateral o en la parte inferior. El pinout puede variar entre los módulos, así que verifique tres veces el pinout. A menudo está serigrafiado justo al lado de la conexión. Un pin se conectará a tierra, otro será señal y el último será el poder. La potencia suele ser de entrada 3-5VDC pero puede ser tan alta como 12V. A veces, los módulos más grandes no tienen salida directa y en su lugar solo operan un relé, en cuyo caso hay conexión a tierra, alimentación y las dos conexiones del interruptor.

    La salida de algunos relés puede ser 'colector abierto', lo que significa que requiere una resistencia pullup. Si no está obteniendo una salida variable, asegúrese de intentar conectar un pullup de 10K entre la señal y los pines de alimentación.

    Una manera fácil de crear prototipos con sensores PIR es conectarlo a una placa de pruebas, ya que el puerto de conexión tiene un espacio de 0.1 ". Algunos PIR ya vienen con un encabezado, los de Adafruit no suelen ser tan inútiles para enchufar el conector. tablero de circuitos.

    ¡Al soldar en un encabezado de ángulo recto de 0.1 ", un PIR se instala fácilmente en una placa de pruebas!

    Paso 4: Prueba tu PIR


    Una vez que haya conectado su PIR, es una buena idea hacer una prueba simple para verificar que funcione de la manera esperada. Esta prueba también es buena para las pruebas de rango. Simplemente conecte 3-4 baterías alcalinas (asegúrese de tener más de 3.5VDC de salida pero menos de 6V verificando con su multímetro) y conecte la tierra al pin - en su PIR. El poder va al pin +. Luego, conecte un LED rojo básico (los LED rojos tienen voltajes directos más bajos que el verde o el azul para que funcionen mejor con solo la salida de 3.3v) y una resistencia de 220 ohmios (cualquier valor de 100 ohmios a 1.0K ohmios estará bien) a la salida pin como se muestra. Por supuesto, el LED y la resistencia pueden intercambiar ubicaciones siempre que el LED esté orientado a la conexión y se conecte entre tierra y tierra.

    Ahora, cuando el PIR detecta movimiento, el pin de salida irá "alto" a 3.3V e iluminará el LED.

    Una vez que haya conectado la placa de pruebas, inserte las baterías y espere 30-60 segundos para que el PIR se 'estabilice'. Durante ese tiempo, el LED puede parpadear un poco. ¡Espere hasta que el LED esté apagado y luego muévase frente a él, agitando una mano, etc., para ver cómo se enciende el LED!

    Paso 5: reactivar

    Una vez que tenga el LED parpadeando, mire en la parte posterior del sensor PIR y asegúrese de que el puente esté colocado en la posición L como se muestra a continuación.

    Ahora configure el tablero de prueba nuevamente. Puede notar que al conectar el sensor PIR como se indicó anteriormente, el LED no permanece encendido cuando se mueve frente a él, sino que se enciende y apaga cada segundo más o menos. Eso se llama "no reactivación".

    Ahora cambie el puente para que quede en la posición H. Si configura la prueba, notará que ahora el LED permanece encendido todo el tiempo que algo se está moviendo. Eso se llama "reactivación"

    Para la mayoría de las aplicaciones, el modo "reactivar" (puente en posición H) es un poco más agradable. Si necesita conectar el sensor a algo activado por el borde, deberá configurarlo en "sin reactivación" (puente en posición L).

    Paso 6: Cambiar el tiempo del pulso y la duración del tiempo de espera

    Hay dos 'tiempos de espera' asociados con el sensor PIR. Uno es el tiempo de espera "Tx" : cuánto tiempo se enciende el LED después de detectar movimiento. El segundo es el tiempo de espera "Ti", que es cuánto tiempo se garantiza que el LED estará apagado cuando no haya movimiento. Estos no se cambian fácilmente, pero si es práctico con una soldadura, es razonable.

    Primero, echemos un vistazo a la hoja de datos de BISS nuevamente (vea la imagen a continuación)

    Determinar R10 y R9 no es demasiado difícil. Desafortunadamente, este sensor PIR a continuación está mal etiquetado (parece que intercambiaron R9 R17). Puede rastrear los pines mirando la hoja de datos de BISS001 y descubriendo qué pines son: R10 se conecta al pin 3 y R9 se conecta al pin 7. Los condensadores son un poco más difíciles de determinar, pero puede 'aplicarles ingeniería inversa' desde el momento El sensor y la solución!

    Para el sensor en la tienda Adafruit:

    Tx es = 24576 * R10 * C6 = ~ 1.2 segundos
    R10 = 4.7K y C6 = 10nF

    Igualmente,

    Ti = 24 * R9 * C7 = ~ 1.2 segundos
    R9 = 470K y C7 = 0.1uF

    Puede cambiar el tiempo cambiando diferentes resistencias o condensadores. Para un buen tutorial sobre esto, vea la página de pirateo PIR de Keith

    Paso 7: Ejemplos de proyectos


    Un hongo Mario que canta y parpadea con alimentación USB (¡hay un video en el sitio!)


    Paraguas de lluvia


    Prueba de un sensor PIR para la interfaz con Max / MSP para un jardín interactivo


    Un sistema de seguridad hecho en casa que utiliza sensores PIR (¡que está integrado en un panel Start Trek!)


    Sensor PIR + Arduino + Servo = ¡puerta automática para gatos!

    Un disparador de cámara remota basado en PIR (¡también por Lucky Larry!)

    Paso 8: lectura de sensores PIR

    Conectar sensores PIR a un microcontrolador es realmente simple. El PIR actúa como una salida digital, por lo que todo lo que necesita hacer es escuchar si el pin se voltea alto (detectado) o bajo (no detectado).

    Es probable que desee volver a encender, así que asegúrese de poner el puente en la posición H !

    Alimente el PIR con 5V y conecte tierra a tierra. Luego conecte la salida a un pin digital. En este ejemplo usaremos el pin 2.

    El código es muy simple y básicamente hace un seguimiento de si la entrada al pin 2 es alta o baja. También rastrea el estado del pin, de modo que imprime un mensaje cuando el movimiento se inicia y se detiene:

    / * Probador del sensor PIR * /

    int ledPin = 13; // elige el pin para el LED
    int inputPin = 2; // elige el pin de entrada (para el sensor PIR)
    int pirState = BAJO; // comenzamos, asumiendo que no se detecta movimiento
    int val = 0; // variable para leer el estado del pin

    configuración nula () {
    pinMode (ledPin, OUTPUT); // declara LED como salida
    pinMode (inputPin, INPUT); // declara el sensor como entrada

    Serial.begin (9600);
    }

    bucle vacío () {
    val = digitalRead (inputPin); // leer el valor de entrada
    if (val == HIGH) {// comprueba si la entrada es HIGH
    digitalWrite (ledPin, HIGH); // enciende el LED
    if (pirState == LOW) {
    // acabamos de encender
    Serial.println ("¡Movimiento detectado!");
    // Solo queremos imprimir en el cambio de salida, no en el estado
    pirState = ALTO;
    }
    } más {
    digitalWrite (ledPin, LOW); // apaga el LED
    if (pirState == HIGH) {
    // acabamos de salir de
    Serial.println ("¡Movimiento finalizado!");
    // Solo queremos imprimir en el cambio de salida, no en el estado
    pirState = BAJO;
    }
    }
    }

    No olvide que hay ocasiones en que no necesita un microcontrolador. ¡Se puede conectar un sensor PIR a un relé (quizás con un búfer de transistor) sin un micro!

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