В этом посте мы собираемся изучить техническое описание PIR или пироэлектрического инфракрасного радиального датчика HC-SR501. Разберемся, с какой целью используется датчик PIR? Его основные триггерные операции, детали подключения контактов, технические характеристики и, наконец, мы рассмотрим некоторые реальные приложения.

Мы начнем с понимания фактического блока датчика PIR, который установлен внутри стандартные модули PIR и узнайте его внутренние характеристики, детали распиновки и внутренние рабочие детали.

Что такое датчик PIR?

PIR расшифровывается как Pyroelectic Infrared Radial Sensor или Passive Infrared Sensor. PIR - это электронный датчик, который обнаруживает изменения инфракрасного света на определенном расстоянии и выдает электрический сигнал на своем выходе в ответ на обнаруженный инфракрасный сигнал. Он может обнаруживать любой объект, излучающий инфракрасное излучение, например людей или животных, если это находится в пределах диапазона датчика, или удаляется от диапазона, или перемещается в пределах диапазона датчика.
Модуль датчика PIR можно разделить на две части: кристалл, чувствительный к инфракрасному излучению, и схему обработки.

Иллюстрация PIR-чувствительного кристалла:

В темной части металла, где находится ИК-чувствительный кристалл, чувствительный кристалл может определять уровень инфракрасного излучения в окружающей среде. На самом деле в нем находятся два пироэлектрических датчика для обнаружения движущихся объектов. Если один из чувствительных кристаллов обнаруживает изменение инфракрасного излучения (увеличение или уменьшение), чем другой чувствительный кристалл, срабатывает выход.

Пластиковая структура куполообразной формы обычно помещается поверх этого чувствительного кристалла, который действует как линза для фокусировки инфракрасного света на сенсорах.

Как работает PIR

Операция считывания пироэлектрического инфракрасного датчика основана на свойстве или характеристике, которая отвечает за изменение поляризации его материала в ответ на изменения температуры.

Эти датчики используют сдвоенные или пару чувствительных элементов для считывания ИК-сигналов в два этапа, что обеспечивает надежное обнаружение за счет устранения нежелательных колебаний температуры в рамках существующей ступени электромагнитных помех. Этот двухэтапный процесс обнаружения улучшает общую стабильность датчика и помогает обнаруживать ИК-сигналы только от присутствия человека.

Когда человек или соответствующий источник ИК-излучения движется мимо ИК-датчика, излучение попеременно попадает на пару чувствительных элементов, инициируя выход для генерации пары ВКЛ / ВЫКЛ или высоких и низких импульсов, как показано на следующая форма волны:

“как работают зарядные устройства для сотовых телефонов ”

Следующая приблизительная симуляция в формате Gif показывает, как датчик PIR реагирует на движущегося человека и вырабатывает пару коротких резких импульсов на своих выходных выводах для необходимой обработки или запуска правильно настроенного релейного каскада.

Внутренняя схема PIR

На следующем рисунке показана внутренняя компоновка или конфигурация стандартного ИК-датчика.

Внутреннее устройство, расположение и конфигурация датчика PIR

Слева мы видим пару последовательно соединенных ИК-чувствительных элементов. Верхний конец этой серии соединен с затвором встроенного полевого транзистора, который действует как небольшой усилитель ИК-сигнала. Понижающий резистор Rg обеспечивает необходимую логику резервного нуля для полевого транзистора, чтобы гарантировать, что он остается полностью выключенным в отсутствие ИК-сигнала.

Когда движущийся ИК-сигнал обнаруживается парой чувствительных элементов, она генерирует соответствующую пару логических сигналов высокого и низкого уровня, как описано выше:

Эти импульсы соответствующим образом усиливаются полевым транзистором и воспроизводятся на его выходном контакте для дальнейшей обработки присоединенной схемой.

Соответствующие каскады EMI вместе с конденсатором обеспечивают дополнительную фильтрацию процесса, чтобы произвести чистый набор импульсов на указанном выходном контакте PIR.

Установка для тестирования датчика PIR

На следующем рисунке показана стандартная испытательная установка датчика PIR. Вывод и выводы Vss (отрицательный вывод) PIR соединены с внешним понижающим резистором, на вывод Vdd подается напряжение 5 В.

Канцелярское черное тело генерирует необходимое эквивалентное инфракрасное излучение для датчика PIR с помощью механизма прерывания. Пластина прерывателя попеременно отсекает ИК-сигналы, имитируя движущуюся ИК-цель.

Этот прерывистый ИК-сигнал попадает на датчик PIR, генерируя указанные импульсы на его выходном контакте, которые соответствующим образом усиливаются через операционный усилитель для анализа на осциллографе.

Идеальные условия тестирования для вышеуказанной настройки можно увидеть ниже:

Балансировка выхода чувствительного элемента

Поскольку в пассивных инфракрасных датчиках используется механизм двойного считывания, возникает необходимость обеспечить правильную балансировку обработки через пару линз.

Чувствительные элементы проверяются и соответствующим образом конфигурируются путем оценки соответствующего выходного напряжения одиночного сигнала (SSOV) по следующей формуле:

Весы: | Va - Vb | / (Va + Vb) х 100%
Где, Va = чувствительность стороны A (мВ от пика до пика)
Vb = сторона чувствительности B (мВ от пика до пика)

Основные характеристики

Основные технические характеристики и габаритные параметры датчика PIR можно узнать из следующих сведений:

Использование внутренних модулей PIR

Сегодня вы найдете модули PIR с датчиком PIR, интегрированным со специализированной схемой обработки и линзой. Это во много раз увеличивает производительность PIR и позволяет конечному пользователю получить четко определенный оптимизированный усиленный выходной сигнал от модуля.

Теперь этот выход необходимо сконфигурировать только с релейной ступенью для требуемого включения / выключения нагрузки в ответ на присутствие человека в указанной зоне.

Схема внутри стандартных модулей состоит из микросхемы IC BISS0001, которая специально разработана для приложений обнаружения движения. Предусмотрены две ручки, одна для регулировки чувствительности модуля, а другая - для регулировки времени, в течение которого выходной сигнал должен оставаться на ВЫСОКОМ уровне после срабатывания модуля.

Теперь давайте исследуем технические детали ИК-датчика HC-SR501.

Рабочее напряжение:

Напряжение питания HC-SR501 составляет от 5 до 20 В, что дает разработчикам схем большую гибкость.

Потребляемый ток:

HC-SR501 - это устройство без батареек, его потребление тока составляет 65 мА при обнаружении любых изменений в ИК-освещении.

Выходное напряжение:

Когда модуль обнаруживает движение инфракрасного излучения, выходной сигнал становится ВЫСОКИМ при 3,3 В, если модуль не обнаруживает движения, он переходит в НИЗКИЙ или 0 В после фиксированного периода.

Время задержки:

Предусмотрена ручка для регулировки времени, в течение которого выходной сигнал остается ВЫСОКИМ после обнаружения ИК. Этот период времени можно отрегулировать от 5 секунд до 5 минут.

Диапазон чувствительности:

Угол зоны обнаружения составляет около 110 градусов конуса. Дана ручка для регулировки чувствительности, которую мы можем варьировать от 3 до 7 метров перпендикулярно сенсору. Чувствительность снижается по мере того, как мы перемещаем датчик по обе стороны.

Рабочая Температура:

HC-SR501 имеет впечатляющий диапазон рабочих температур от -15 до +70 градусов Цельсия.

Ток покоя:

Ток покоя - это ток, потребляемый от источника питания, когда датчик не обнаруживает движения или когда он находится в режиме ожидания. Он потребляет менее 50 мкА, что делает батарею сенсора более удобной.

Распиновка PIR и режимы запуска

Режимы триггера:

Модуль PIR имеет два режима запуска: режим однократного запуска / без повтора и режим повторного запуска. Доступ к этим двум режимам можно получить, изменив положение перемычки, указанное в модуле.

Режим одиночного запуска / режим без повтора:

Когда датчик PIR установлен в режим одиночного триггера (и ручка таймера / время задержки установлено на 5 секунд (скажем)), при обнаружении человека выход становится ВЫСОКИМ на 5 секунд и становится низким.

Режим повторного запуска:

Когда датчик PIR установлен в режим повторного запуска, при обнаружении человека выход становится ВЫСОКИМ, таймер отсчитывает 5 секунд, но когда за эти 5 секунд обнаруживается другой человек, таймер сбрасывается до нуля и отсчитывает еще 5 секунд после 2-го. обнаружен человек.

Время блока:

Время блокировки - это временной интервал, в течение которого датчик отключен или не обнаруживает движение. Время блока для HC-

SR501 по умолчанию составляет 3 секунды.

Это происходит по истечении времени задержки (которое было установлено ручкой таймера), выходной сигнал становится НИЗКИМ на 3 секунды, в течение этого интервала движение не будет обнаружено. Через 3 секунды (LOW) датчик снова будет готов к обнаружению движения.
Другими словами, когда датчик обнаруживает движение, выходной сигнал становится ВЫСОКИМ, выходной сигнал остается ВЫСОКИМ согласно ручке таймера (скажем, 5 секунд), через 5 секунд датчик PIR переходит в НИЗКИЙ, НИЗКИЙ сигнал будет оставаться в течение 3 секунд независимо от нового движение, если таковое имеется.

Размеры модуля:

Датчик достаточно компактен, чтобы скрыть от глаз людей и не повредить украшения и т. Д. Его размеры 32 мм x 24 мм.

Размер линзы:

Структура белого купола, в которую заключен пироэлектрический датчик, называется линзами Френеля, которые увеличивают диапазон обнаружения и выглядят непрозрачными. Его диаметр составляет 23 мм.

Приложения:

• Охранные системы.
• Автоматические фары.
• Управление промышленными автоматами.
• Автоматические двери.

Вы можете найти некоторые проекты, использующие датчик PIR на этом сайте.

Типовая схема модуля PIR

Для энтузиастов, которые намереваются построить полный модуль PIR вместе с датчиком и полноценным усилителем, можно использовать следующую стандартную схему и использовать ее для запуска любого соответствующего приложения на основе датчика PIR.