Pir датчик

Сведения о методах измерений

Методика измерений приведена в документах:

—    «Датчик инфракрасный оптический Polytron IR (2 IR, исполнений 334 и 340). Руководство по эксплуатации»;

—    «Датчик инфракрасный оптический PIR 7000 (исполнений 334 и 340), PIR 7200. Руководство по эксплуатации»;

—    «Датчик инфракрасный оптический PIR 3000 (исполнений ITR00xx и IDS00x1). Руководство по эксплуатации».

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к датчикам оптическим инфракрасным Drager модели Polytron IR (2 IR), PIR 3000, PIR 7000, PIR 7200

1    ГОСТ Р 52350.29-1-2008 Взрывоопасные среды. Часть 29-1. Газоанализаторы. Общие технические требования и методы испытаний газоанализаторов горючих газов.

2    ГОСТ Р 52931-2008 Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия.

3    ГОСТ 8.578-2008 ГСИ Государственная поверочная схема для средств измерений содержания компонентов в газовых средах.

4    Техническая документация изготовителя «Drager Safety AG & Co.KGaA», Германия.

Как подключить датчик освещенности к Ардуино

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • модуль датчика освещенности;
  • один светодиод и резистор 220 Ом;
  • беспаечная макетная плата;
  • провода «папа-папа», «папа-мама».


Датчик освещенности ky: схема подключения к Ардуино

На картинке представлена схема подключения датчика света к Arduino Uno с использованием аналогового сигнала. На модуль подается питание 5 Вольт, а в зависимости от освещенности в помещении на выходе модуля (S) меняется напряжение от 0 до 5 Вольт. При подаче этого сигнала на аналоговый вход микроконтроллера, Arduino преобразует сигнал при помощи АЦП в диапазон значений от 0 до 1023.

Счетч для аналогового датчика освещенности

void setup() {
  pinMode(A1, INPUT);
  analogWrite(A1, LOW);
  Serial.begin(9600);   // подключаем монитор порта
}

void loop() {
  // считываем данные с датчика и выводим на монитор порта
  int light = analogRead(A1);
  Serial.print("Light = ");
  Serial.println(light);

  // рассчитываем напряжение и выводим на монитор порта
  float u = light * 0.48 / 100;
  Serial.print("U = ");
  Serial.println(u);

  // ставим паузу и делаем перенос строки
  delay(500);
  Serial.println("");
}
  1. в приведенном примере мы выводим на монитор порта данные с датчика освещенности, преобразованные с помощью АЦП Ардуино;
  2. чтобы узнать приблизительно напряжение, поступающее на вход Arduino, следует умножить получаемое значение на 0,0048 или U = light * (5 / 1023). Так как тип данных может хранить значения только с двумя знаками после запятой, то мы используем в скетче другую формулу для своих расчетов.


Схема подключения датчика освещенности к Ардуино

Следующая программа использует цифровой сигнал, идущий от датчика освещенности ky. На модуле имеется подстроечный резистор для настройки чувствительности. То есть вы можете отрегулировать, какой уровень освещенности необходим, чтобы модуль стал отправлять сигнал истина (логическая единица) на микроконтроллер Arduino. Подключите светодиод к пин 13 и загрузите следующий скетч.

Счетч для цифрового датчика освещенности

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  pinMode(A1, INPUT);
}

void loop() {
   // считываем данные с датчика и выводим на монитор порта
   if (digitalRead(A1) == HIGH) {
      digitalWrite (13, LOW);
  }
   if (digitalRead(A1) == LOW) {
      digitalWrite (13, HIGH);
  }
}

Результаты испытаний

Угол обнаружения PIR-датчика определяется сектором перед камерой, в котором она безошибочно фиксирует движение.

Чувствительность программного детектора может быть настроенатаким образом, чтобы его угол обнаружения совпал с углом обзора камеры. Поэтому угол обнаружения программного детектора можно считать равным реальному углу обзора камеры. Средние углы обнаружения PIR-сенсоров и обзора камер оказались практически равны (рис. 1).

До определенного расстояния PIR-датчик фиксирует движение объекта без ошибок. За пределами этого расстояния он может просто не зафиксировать движение. С увеличением расстояния до объекта растет и количество пропусков его перемещений. В итоге датчик полностью перестает реагировать на движение. Расстояние, на котором это происходит, несильно отличается от дальности обнаружения камер (рис. 2).

Дальность обнаружения при низкой скорости (0,3 м/с) оказалась значительно меньше, чем при большой (1,7 м/с). Вероятно, это связанос тем, что изменения тока с чувствительного сенсора при медленном движении недостаточно для срабатывания детектора. А значит, чембыстрее в нашем тесте движется нарушитель, тем надежнее будет работать система обнаружения.

Вполне предсказуемый результат (рис. 3). Уменьшение разницы температур между объектом и окружающей средой с 4 °C до 2 °C приводит к закономерному снижению дальности обнаружения детектора. Но даже при разнице температур всего в 2 °C детектор стабильно фиксирует движение. В большинстве случаев человек будет иметь существенно более высокую температуру, чем помещение (рис. 4).

Изменение условий съемки в помещении привело к ожидаемым результатам (табл. 2). PIRдатчик стабильно обнаруживает движение теплого объекта в любых условиях. На холодный же объект реакция отсутствует, а значит PIR-датчик реагирует только на движение живого объекта. Что характерно, включение ИК-подсветки никак не повлияло на работу PIR-датчика. Хотя ИК-подсветка и PIR-датчик работают в инфракрасном спектре, диапазоны их рабочих длин волн сильно различаются и не пересекаются. На работу PIR-датчика движения влияют только скорость, температура объекта и расстояние до него. Насколько хорошо PIR-датчик будет замечать объекты, зависит от его чувствительности.Программный детектор движения, в свою очередь, обнаруживает движение, только если объект отчетливо виден на изображении. Приэтом стабильно фиксируются любые изменения в кадре. Увеличивая чувствительность программного детектора, можно получить большую, чем у PIR-датчика, дальность срабатывания. Нам удалось добиться стабильной фиксации движения на расстоянии более 40 м.Нужно понимать, что дальнейшее увеличение чувствительности может привести и к появлению ложных срабатываний.

Подключение PIR датчика движения

Большинство модулей с инфракрасными датчиками движения имеют три коннектора на задней части. Распиновка может отличаться, так что прежде чем подключать, проверьте ее! Обычно рядом с коннекторами сделаны соответсвующие надписи. Один коннектор идет к земле, второй выдает интересующий нас сигнал с сенсоров, третий — земля. Напряжение питания обычно составляет 3-5 вольт, постоянный ток. Однако иногда встречаются датчики с напряжением питания 12 вольт. В некоторых больших датчиках отдельного пина сигнала нет. Вместо этого используется реле с землей, питанием и двумя переключателями.

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.

В нашем случае красный кабель соответсвует питанию, черный — земле, а желтый — сигналу. Если вы подключите кабели неправильно, датчик не выйдет из строя, но работать не будет.

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

Когда мы рассматривает PIR датчики, важны два промежутка времени ‘задержки’. Первый отрезок времени — Tx: как долго горит светодиод после обнаружения движения. На многих пироэлектрических модулях это время регулируется встроенным потенциометром.
Второй отрезок времени — Ti: как долго светодиод гарантированно не загорится, когда движения не было. Изменять этот параметр не так просто, для этого может понадобится паяльник.

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

Когда потенциометр Rtime в ‘нулевом’ — полностью повернут против часовой стрелки — положении (0 мегаом):

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.

Нас интересуют резисторы R10 и R9. К сожалению, китайцы умею многое. В том числе и путать надписи. На рисунке выше приведен пример, на котором видно, что перепутаны R9 с R17. Отследить подключение по даташиту. R10 подключен к 3 пину, R9 — к 7 пину.

Например:

Tx is = 24576 * R10 * C6 = ~1.2 секунд

R10 = 4.7K и C6 = 10 нанофарад

и

Ti = 24 * R9 * C7 = ~1.2 секунд

R9 = 470K и C7 = 0.1 микрофарад

Вы можете изменить время задержки установив различные резисторы и конденсаторы.

Примеры работы

Простой датчик движения

Инфракрасный датчик может работать даже без микроконтроллера. Соберите простой детектор движения объекта.


При появлении объекта в зоне видимости датчика, лампочка загорится.

Используйте инфракрасный датчик движения как одно из зёрен в своём умном доме. Тут уже не обойтись без Arduino, Raspberry Pi или Iskra JS.

Пример для Arduino

Подключим датчик движения к Arduino Uno через Troyka Shield к цифровому пину.

Код программы

Выведем в Serial-порт текущее состояние датчика с обновлением каждые 100 миллисекунд.

motionState.ino
// пин инфракрасного датчика движения 
#define MOTION_PIN  4
 
void setup()
{
  // открываем монитор Serial-порта
  Serial.begin(9600);
  // настраиваем пин в режим входа
  pinMode(MOTION_PIN, INPUT);
}
 
void loop()
{
  // считываем состояние пина
  int motionState = digitalRead(MOTION_PIN);
  // выводим в Serial-порт
  Serial.println(motionState);
  delay(100);
}

После прошивки платы, вы увидите бегущие нули. А как только появится живой объект на горизонте — нули сменятся на единицы.

Пример для Iskra JS

Скоммутируем PIR-сенсор к Iskra JS через Troyka Shield к цифровому пину.

Код программы

Зафиксируем движение объекта с помощью Espruino и языка JavaScript.

motionDetect.js
// наблюдаем за датчиком движения
setWatch(function() {
  // если датчик зафиксировал движение
  // печатаем об этом в консоль
  print("Movement detected");
}, P4, {
  // функция вызывается многократно
  repeat true,
  // фиксация восходящего фронта
  edge "rising"
});

В результате вы увидите сообщение в консоле, при обнаружении живого объекта в зоне видимости сенсора.

Пример для Raspberry Pi

Поймаем живой объект одноплатником Raspberry Pi. Подключите сенсор движения к пину Raspberry. Для избежания макеток и проводов используйте плату расширения Troyka Cap.

Код программы

motionState.py
# библиотека для работы с методами языка Wiring (Arduino)
import wiringpi as wp
# инициализация WiringPi 
wp.wiringPiSetup()
# пин 4 в режим входа
wp.pinMode(4, )
 
while (True):
    # считываем состояние с датчика движения
    motionState = wp.digitalRead(4)
    # печатаем результат в консоль
    print(motionState);
    # ждём 100 мс
    wp.delay(100)   

После запуска скрипта вы увидите текущие показатели сенсора. Пока движения нет — в консоле выводятся нули, при обнаружении живого объекта — единицы.

Описание:

В комплекте – набор 37 датчиков  и других устройств, выполненных в виде модулей на небольших печатных платах.

Платы имеют штыревые контакты для удобного подключения к другим устройствам с помощью переходников (в основном модули 3-х контактные).

Модули хорошо стыкуются с  платами “Arduino”.  Сенсоры из этого набора можно использовать для изучения электроники и программирования, а также  встраивать в различные бытовые устройства умного дома. Набор датчиков подойдет и начинающим и опытным любителям электроники и автоматизации дома.

Комплект датчиков 37 в 1 для Arduino поставляется в удобной коробке

Инструкции, назначение и варианты использования каждого сенсора, можно найти по ссылкам ниже.

Dahua DH-IPC-K35AP Предоставлена компанией IPera («Айпера»)

Продемонстрировала наибольшую дальность обнаружения при скорости объекта 0,3 м/с. Производитель отметил, что PIR-датчикпредназначен для совместной работы с программным детектором движения, который срабатывает на любое изменение изображения.При включенном PIR-датчике камера отсеивает срабатывания на движение холодного объекта (изменение освещения, движение листвы за окном и т.д.).

Миниатюрная IP-видеокамера, по словам производителя, оснащена CMOS-сенсором 1/3″ с разрешением 3 Мпкс. Она записывает видеос максимальным разрешением со скоростью до 20 кадр/с, а начиная с 2 Мпкс – со скоростью до 25 кадр/c. В камере реализован фиксированный объектив 2,8 мм, предоставляющий заявленный горизонтальный угол обзора 100 град. Камера поддерживает видеокодеки H.264 и MJPEG.

В модели присутствует ИК-подсветка с заявленной дальностью 10 м. Заявляется поддержка функций DWDR, 3DNR и протокола ONVIF. Модель поддерживает microSD. В камере есть встроенные микрофон и динамик, а также тревожные вход и выход для подключения дополнительных охранных устройств. Питание камеры происходит как постоянным напряжением 12 В, так и по технологии PoE. Заявленный диапазон рабочих температур – от -10 до +45 °C.

Пирлоэлектрический датчик движения — общая информация

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.

  • Форма: Прямоугольник;
  • Цена: около 10.00 долларов в магазине Adafruit;
  • Выходной сигнал: цифровой импульс high (3 В) при наличии движения и цифровой сигнал low, когда движения нет. Длина импульса зависит от резисторов и конденсаторов на самом модуле и разная в различных датчиках;
  • Диапазон чувствительности: до 6 метров. Угол обзора 110° x 70°;
  • Питание: 3В — 9В, но наилучший вариант — 5 вольт;
  • BIS0001 (даташит);
  • RE200B (даташит);
  • NL11NH (даташит);
  • Parallax (даташит).

Ссылки для заказа оборудования, которое используется в статье в дальнейшем из Китая

>Для заказа с Aliexpress:

Принцип работы пироэлектрических (PIR) датчиков движения

PIR датчики не такие простые как может показаться на первый взгляд. Основная причина — большое количество переменных, которые влияют на его входной и выходной сигналы. Чтобы объяснить основы работы ПИР датчиков, мы используем рисунок, приведенный ниже.

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

Инфракрасные датчики движения практически одинаковые по своей структуре. Основные отличия — чувствительность, которая зависит от качестве чувствительных элементов. При этом значительную роль играет оптика.

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 рисунке ниже можно увидеть отдельные секции — линзы 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

Рисунок из IR-TEC:

Как правильно располагать PIR-датчики

У входа в здание устанавливается настенный датчик движения PIR для наружного применения.
В зоне его действия должна быть дорожка к входу. Датчик первым приветствует посетителя, повышая имидж учреждения.

В коридорах особое внимание уделяется входам. Датчики должны устанавливаться так, чтобы человек даже на короткое время не оказывался в темноте

Для коридоров разработаны специальные потолочные датчики движения с узким диапазоном обнаружения и большой дальностью действия.

Лестничные марши рассматриваются, как зоны повышенной опасности. Здесь должно быть исключено падение людей по причине недостаточной освещенности. На потолке  или на стене лестничной площадки датчики движения ставят как настенные выключатели.

Особенность освещения в офисе состоит в том, что в одном помещении надо обеспечить различную освещенность на разных рабочих местах. Необходимо учесть интенсивность естественного освещения и иметь возможность отключать освещение на пустующих местах.

Поэтому каждому рабочему месту нужна своя схема управления освещением. С такой задачей справятся потолочные датчики присутствия PIR с возможностью расширения диапазона обнаружения.

В школьном классе или вузовской аудитории освещение осуществляется с учетом дневного света. Помещение разделяют на зоны таким образом, чтобы с помощью регулируемого искусственного освещения обеспечить равномерную освещенность.

Особое внимание уделяется зоне у доски. Присутствующие должны хорошо видеть преподавателя и доску, поэтому здесь необходимо надежное освещение и, желательно, дополнительное ручное управление

В таких помещениях используются потолочные датчики присутствия.

При автоматизации освещения конференц-залов и комнат для совещаний используется подход аналогичный описанному выше. В магазине, аптеке, предприятии сферы обслуживания, возле входа, устанавливается датчик движения со звуковым сигналом, чтобы персонал обратил внимание на вошедшего посетителя. Большой спортзал разбивают на зоны с независимым управлением от потолочных датчиков

Важно предусмотреть и ручное управление: это даст возможность обеспечить освещение только там, где проходят занятия

Большой спортзал разбивают на зоны с независимым управлением от потолочных датчиков

Важно предусмотреть и ручное управление: это даст возможность обеспечить освещение только там, где проходят занятия

В подземном гараже необходимо обеспечить надежный контроль зон входа и основных проходов. Возможные «мертвые» зоны компенсируются временными задержками. Здесь используются только потолочные датчики.

Ссылка на основную публикацию