Wykrywanie statycznego człowieka za pomocą PIR

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





W poście wyjaśniono metodę, którą prawdopodobnie można zastosować do wzmocnienia zdolności pasywnego czujnika podczerwieni do wykrywania nawet statycznej lub stacjonarnej obecności człowieka. Ta funkcja nie jest zwykle możliwa w przypadku konwencjonalnych czujników PIR.

Jak PIR wykrywa obecność ludzi

Omówiłem już wiele zastosowań czujników ruchu opartych na PIR na tej stronie, jednak wszystkie te aplikacje wymagają ciągłej obecności człowieka w ruchu, aby PIR mógł wykryć ich obecność, wydaje się to być dużą wadą, która uniemożliwia tym jednostkom wykrywanie stałe lub stacjonarne przebywanie ludzi.



Jednak powyższa wada ma swoją przyczynę. Konwencjonalne czujniki PIR działają poprzez wykrywanie sygnałów podczerwieni z ludzkiego ciała przez kilka równoległych szczelin na ich przedniej soczewce, a ich wewnętrzny obwód aktywuje się tylko wtedy, gdy sygnały IR przechodzą między tymi szczelinami czujnikowymi („wizje”).

Skrzyżowanie sygnałów IR przez szczeliny czujnikowe umożliwia układowi PIR przetłumaczenie informacji na dwa odpowiadające sobie impulsy przemienne, które z kolei są prostowane w celu wygenerowania napięcia wyzwalającego na wyjściu PIR.



PIR nie może wykryć celu papierowego

Oznacza to, że jeśli źródło podczerwieni jest nieruchome, nie spowoduje to, że moduł PIR wygeneruje jakiekolwiek wyzwalanie na swoim pinie wyjściowym. Oznacza to również, że sygnał IR ze źródła powinien jakoś przechodzić przez dane szczeliny detekcji PIR, aby umożliwić wykrycie danej osoby w strefie.

Wydaje się, że nie ma na to bezpośredniego ani prostego rozwiązania, ponieważ modułów PIR nie można w tym celu wewnętrznie modyfikować, co uniemożliwia urządzeniu wykrywanie stacjonarnej obecności ludzi.

Jednak logiczne spostrzeżenie mówi nam, że jeśli jest to zmienne źródło podczerwieni, które może być wymagane do utrzymania aktywowanego modułu PIR, to dlaczego nie zmusić samego PIR do ciągłego ruchu zamiast obiektu.

Koncepcję można zwizualizować z poniższej symulacji GIF, która przedstawia oscylujący moduł PIR i statycznego człowieka w strefie wykrywania.

Tutaj możemy zobaczyć, jak oscylujący PIR dostosowuje się do problemu i przekształca się, umożliwiając wykrycie nawet statycznych obiektów IR.

Staje się to możliwe, ponieważ poprzez swój ruch moduł PIR przekształca stacjonarne źródło podczerwieni w stale zmieniające się obrazowanie w podczerwieni w dwóch szczelinach odbiorczych.

Chociaż pomysł wygląda na złożony, można go w rzeczywistości rozwiązać za pomocą wolno oscylującego obwodu silnika sterowanego przez PwM.

W kolejnych sekcjach poznamy cały mechanizm i szczegóły obwodu.

Jak już wspomnieliśmy, konwencjonalne moduły PIR są w stanie wykryć tylko poruszające się żywe obiekty i nie mogą zidentyfikować nieruchomego celu, co ogranicza jego zastosowanie jako czujnika ruchu człowieka.

W zastosowaniach, w których wykrywanie obecności ludzi bez ruchu staje się konieczne w takich scenariuszach, konwencjonalny czujnik PIR może stać się bezużyteczny i może wymagać pewnych zewnętrznych ustaleń w celu modernizacji.

Projektowanie PIR do wykrywania nieruchomych celów

W powyższej sekcji dowiedzieliśmy się, że zamiast potrzebować, aby cel był w ruchu, moduł PIR może być sam poruszany w określonym promieniu w celu zaimplementowania pożądanego statycznego wykrywania celu.

W kolejnych sekcjach dowiemy się o prostym mechanizmie obwodu, który może być używany z PIR zamontowanym na małym silniku prądu stałego dla proponowanych oscylacji.

Sterownik silnika sterowany PWM / Flip Flop

System w zasadzie wymaga określanie prędkości sterowane PWM i przełączanie typu flip flop dla silnika. Poniższy diagram pokazuje, jak te cechy można przypisać silnikowi PIR za pomocą prostego obwodu:

Pokazany obwód wykorzystuje pojedynczy układ scalony IC HEF40106 odwracający sześciokątny układ scalony bramki Schmitta, który zawiera 6 bramek inwertera NOT.

Bramki N1 i N2 są skonfigurowane do wytwarzania regulowanego wyjścia PWM, które jest podawane do bramek N4, N5, N6 tworzących bufory.

Wspólne wyjście z tych bramek buforowych jest zakończone bramką mosfetu sterownika silnika.

Zawartość PWM ustawia się za pomocą P1, który jest ostatecznie doprowadzany do podłączonego silnika za pośrednictwem zestawu styków przekaźnika DPDT.

Te styki przekaźnika określają kierunek ruchu silnika (zgodnie lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara).

Te styki przekaźnika DPDT typu flip-flop są sterowane przez stabilny zegar skonfigurowany wokół bramki N3, przy czym kondensator C3 / R3 określa, z jaką szybkością przekaźnik musi się przełączać, aby umożliwić silnikowi stałą zmianę kierunku obrotów.

Powyższa konstrukcja umożliwia silnikowi wykonywanie wymaganego powolnego ruchu oscylacyjnego tam iz powrotem w danej strefie promieniowej.

C3 można wybrać tak, aby zainicjować przełączanie co 5 do 6 sekund, a PWm można regulować, aby umożliwić wyjątkowo powolny ruch silnika, ponieważ wystarczy zapewnić, że szczeliny PIR krzyżują się z sygnałami IR celu w w odpowiednim czasie.

Jednakże, ponieważ silnik pracuje wolno, sygnał wyjściowy z PIR będzie musiał być podtrzymany przez timer opóźnienia wyłączenia, aby podłączone obciążenie nie wyłączało się i nie włączało, podczas gdy ruch silnika na przemian przecina linie IR od obecności człowieka.

Zegar opóźnienia

Następujące Stopień obwodu czasowego opóźnienia można zastosować, co zapewnia, że ​​za każdym razem, gdy wyjście PIR generuje wykrywany impuls, opóźnienie timera jest przedłużane o 5 do 10 sekund, a podłączone obciążenie nigdy nie jest przerywane podczas procesu.

W powyższej konfiguracji możemy zobaczyć silnik, który otrzymuje zasilanie napędu elektrycznego ze stopnia PWM / flip flop, jak omówiono w poprzednim akapicie.

Wrzeciono silnika można zobaczyć jako sprzężone z poziomym wałem, na którym jest zaciśnięty czujnik PIR, tak że gdy silnik się porusza, PIR przechodzi odpowiednio zmieniający się ruch promieniowy tam iz powrotem.

Podczas gdy powyższy ruch PIR jest indukowany, sygnały IR z nieruchomego celu w strefie są wykrywane w postaci krótkich naprzemiennych impulsów, które są generowane na pinie wyjściowym PIR oznaczonym niebieskim przewodem.

Impulsy te są podawane na kondensator 1000 uF, który ładuje się z każdym impulsem i zapewnia, że ​​BC547 jest utrzymywany w trybie przewodzenia bez przerywania procesu.

Sterownik przekaźnika składający się ze stopnia BC557 reaguje na powyższy stabilny sygnał z kolektora BC547 i z kolei utrzymuje przekaźnik w stanie ON tak długo, jak długo PIR wykrywa obecność człowieka.

Obciążenie przekaźnika pozostaje więc stale aktywne ze względu na obecność stacjonarnego człowieka w obszarze.

Jednak w przypadku usunięcia obecności człowieka lub gdy cel oddala się od strefy, stopień opóźnienia czasowego utrzymuje przekaźnik i obciążenie aktywowane przez przewidziane 5 do 10 sekund, po czym wyłącza się na stałe, aż do ponownego przechwycenia strefy przez potencjalne źródło emanujące IR.

Lista części

  • R1, R4 = 10K
  • R2 = 47 OHMS
  • P1 = 100K POT
  • D1, D2 = 1N4148
  • D3 = MUR1560
  • C1, C2 = 0,1 uF / 100 V.
  • Z1 = 15 V, 1/2 WAT
  • Q1 = IRF540
  • Q2 = BC547
  • N1 --- N6 = IC MM74C14
  • DPDT = PRZEŁĄCZNIK DPST LUB PRZEKAŹNIK DPDT
  • R3, C3 do ustalenia metodą prób i błędów

AKTUALIZACJA:

Wyjaśniony powyżej obwód PIR do wykrywania statycznej obecności człowieka można znacznie uprościć, stosując obwód przerywacza sygnału, jak pokazano w poniższej symulacji GIF:

Dokładna kontrola pokazuje, że w rzeczywistości ruch oscylacyjny po prostu nie jest wymagany, silnik i ostrze siekacza mogą się swobodnie obracać, utrzymując prędkość silnika na niższym poziomie .

Pozwoliłoby to również skutecznie zrealizować zamierzoną operację statycznego wykrywania PIR.

zmodyfikowany PIR do wykrywania statycznej istoty ludzkiej

Demo wideo potwierdzające statyczne wykrywanie ludzi przez PIR




Wstecz: Wyjaśnienie 3 obwodów przełącznika aktywowanych dźwiękiem Dalej: 4 proste obwody syreny, które możesz zbudować w domu