W tym poście zamierzamy zapoznać się z arkuszem danych PIR lub piroelektrycznego czujnika promieniowego na podczerwień HC-SR501. Zrozumiemy do czego służy czujnik PIR? Jego podstawowe operacje wyzwalania, szczegóły połączeń pinów, specyfikacje techniczne i wreszcie przyjrzymy się niektórym zastosowaniom w prawdziwym życiu.

Zaczniemy od zrozumienia rzeczywistej jednostki czujnika PIR, która jest zainstalowana wewnątrz standardowe moduły PIR i poznaj jego cechy wewnętrzne, szczegóły wyprowadzeń i wewnętrzne szczegóły robocze.

Co to jest czujnik PIR?

PIR oznacza Pyroelectic Infrared Radial Sensor lub Passive Infrared Sensor. PIR jest czujnikiem elektronicznym, który wykrywa zmiany w świetle podczerwonym na określonej odległości i wysyła na swoje wyjście sygnał elektryczny w odpowiedzi na wykryty sygnał podczerwieni. Może wykryć każdy obiekt emitujący podczerwień, taki jak ludzie lub zwierzęta, jeśli znajduje się w zasięgu czujnika, oddala się od zasięgu lub porusza się w zasięgu czujnika.
Moduł czujnika PIR można podzielić na dwie części, kryształ wrażliwy na podczerwień i obwód przetwarzający.

Ilustracja kryształu wrażliwego na PIR:

W ciemnej części metalu, w której znajduje się kryształ wrażliwy na podczerwień, wrażliwy kryształ może wykryć poziom podczerwieni w otoczeniu. W rzeczywistości mieści dwa czujniki piroelektryczne do wykrywania poruszających się obiektów. Jeśli jeden z wrażliwych kryształów wykryje zmianę w podczerwieni (wzrost lub spadek) niż drugi wrażliwy kryształ, wyjście zostanie wyzwolone.

Nad tym wrażliwym kryształem zwykle umieszcza się plastikową strukturę w kształcie kopuły, która działa jak soczewka skupiająca światło podczerwone na czujnikach.

Jak działa PIR

Działanie detekcyjne piroelektrycznego czujnika podczerwieni opiera się na właściwości lub charakterystyce, która staje się odpowiedzialna za zmianę polaryzacji jego materiału w odpowiedzi na zmiany temperatury.

Czujniki te wykorzystują podwójne lub parę elementów czujnikowych do wykrywania sygnałów podczerwieni w dwóch etapach, co zapewnia niezawodną detekcję poprzez anulowanie niepożądanych zmian temperatury w istniejącym stopniu EMI. Ten dwuetapowy proces wykrywania poprawia ogólną stabilność czujnika i pomaga wykrywać sygnały podczerwieni tylko w przypadku obecności człowieka.

Kiedy człowiek lub odpowiednie źródło podczerwieni przechodzi obok czujnika PIR, promieniowanie naprzemiennie przecina parę elementów czujnikowych, wyzwalając na wyjściu generowanie pary impulsów WŁ. / WYŁ. Lub wysokich i niskich impulsów, jak pokazano na następujący przebieg:

“jak korzystać z licznika megger ”

Przebieg impulsu wyjściowego czujnika PIR

Poniższa przybliżona symulacja Gif pokazuje, jak czujnik PIR reaguje na poruszającego się człowieka i wytwarza kilka krótkich, ostrych impulsów na swoich przewodach wyjściowych w celu wymaganego przetwarzania lub wyzwolenia odpowiednio skonfigurowanego stopnia przekaźnikowego

Układ wewnętrzny PIR

Poniższy rysunek przedstawia układ wewnętrzny lub konfigurację wewnątrz standardowego czujnika PIR.

Budowa, układ i konfiguracja wewnętrzna czujnika PIR

Po lewej stronie widzimy parę połączonych szeregowo elementów czujnikowych podczerwieni. Górny koniec tej serii jest połączony z bramką wbudowanego tranzystora FET, który działa jak mały wzmacniacz sygnału IR. Rezystor obniżający Rg zapewnia wymaganą logikę zerową w stanie gotowości do tranzystora FET, aby upewnić się, że pozostaje on całkowicie wyłączony w przypadku braku sygnału IR.

Gdy ruchomy sygnał IR zostanie wykryty przez parę elementów czujnikowych, generuje odpowiednią parę sygnałów hi i low logicznych, jak omówiono powyżej:

Te impulsy są odpowiednio wzmacniane przez tranzystor FET i replikowane na jego pinie wyjściowym w celu dalszego przetwarzania przez dołączony obwód.

Powiązane stopnie EMI wraz z kondensatorem zapewniają dodatkową filtrację procesu, aby wytworzyć czysty zestaw impulsów na wskazanym pinie wyjściowym PIR.

Konfiguracja testowa czujnika PIR

Poniższy rysunek przedstawia standardową konfigurację testu czujnika PIR. Piny wyjściowe i Vss (biegun ujemny) PIR są połączone z zewnętrznym rezystorem obniżającym, pin Vss jest zasilany napięciem 5 V.

Nieruchomy czarny korpus generuje wymagane równoważne promieniowanie podczerwone dla czujnika PIR poprzez mechanizm przerywacza. Płyta przerywacza na przemian odcina sygnały IR imitując ruchomy cel IR.

Ten przerywany sygnał podczerwieni trafia do czujnika PIR generującego określone impulsy na jego pinie wyjściowym, który jest odpowiednio wzmacniany przez wzmacniacz operacyjny w celu analizy w oscyloskopie.

Idealne warunki testowe dla powyższej konfiguracji można zobaczyć poniżej:

Równoważenie wyjścia elementu czujnikowego

Ponieważ w czujnikach PIR stosowany jest mechanizm podwójnego wykrywania, konieczne staje się zapewnienie prawidłowego wyważenia przetwarzania przez parę soczewek.

Elementy czujnikowe są testowane i odpowiednio konfigurowane poprzez ocenę odpowiedniego pojedynczego sygnału wyjściowego napięcia (SSOV) według następującego wzoru:

Waga: | Va - Vb | / (Va + Vb) x 100%
Gdzie, Va = czułość strony A (mV od szczytu do szczytu)
Vb = czułość strona B (mV od szczytu do szczytu)

Główne specyfikacje

Główne specyfikacje techniczne i parametry wymiarowe czujnika PIR można poznać z następujących informacji:

Korzystanie z modułów PIR Inside

Dziś znajdziesz moduły PIR z czujnikiem PIR zintegrowanym ze specjalistycznym obwodem przetwarzającym i soczewką. Zwiększa to wydajność PIR wiele zagięć i pozwala użytkownikowi końcowemu uzyskać dobrze zdefiniowane, zoptymalizowane, wzmocnione wyjście z modułu.

To wyjście wymaga teraz tylko skonfigurowania ze stopniem przekaźnikowym do wymaganego załączania / wyłączania obciążenia w odpowiedzi na obecność człowieka w określonej strefie.

Obwód wewnątrz standardowych modułów składa się z układu scalonego BISS0001, który jest specjalnie zaprojektowany do zastosowań związanych z detekcją ruchu. Dostępne są dwa pokrętła, jedno do regulacji czułości modułu, a drugie do ustawiania długości czasu, przez jaki wyjście powinno pozostać WYSOKIE po wyzwoleniu modułu.

Przyjrzyjmy się teraz szczegółom technicznym czujnika PIR HC-SR501.

Napięcie robocze:

HC-SR501 ma napięcie od 5 V do 20 V, co zapewnia dużą elastyczność projektantom obwodów.

Obecne zużycie:

HC-SR501 jest urządzeniem przyjaznym dla baterii, a jego pobór prądu wynosi 65 mA, gdy wykryje jakąkolwiek zmianę światła podczerwonego.

Napięcie wyjściowe:

Gdy moduł wykryje ruch podczerwieni, wyjście przechodzi w stan WYSOKI przy 3,3 V, jeśli moduł nie wykryje ruchu, przechodzi w stan NISKI lub 0 V po ustalonym czasie.

Czas zwłoki:

Pokrętło służy do regulacji czasu, po którym wyjście pozostanie WYSOKIE po wykryciu podczerwieni. Czas ten można ustawić w zakresie od 5 sekund do 5 minut.

Zakres czułości:

Kąt obszaru wykrywania wynosi około 110 stopni stożka. Pokrętło służy do regulacji czułości, którą możemy zmieniać od 3 metrów do 7 metrów prostopadle do czujnika. Czułość zmniejsza się, gdy poruszamy się po obu stronach czujnika.

Temperatura robocza:

HC-SR501 ma imponującą temperaturę roboczą w zakresie od -15 do + 70 stopni Celsjusza.

Prąd spoczynkowy:

Prąd spoczynkowy to prąd pobierany z zasilania, gdy czujnik nie wykrywa ruchu lub jest w stanie spoczynku. Zużywa mniej niż 50 uA, co sprawia, że czujnik jest przyjazny dla baterii.

Wyprowadzenia PIR i tryby wyzwalania

Tryby wyzwalania:

Moduł PIR ma dwa tryby wyzwalania: wyzwalanie pojedyncze / bez powtórzeń i wyzwalanie z powtarzaniem. Dostęp do tych dwóch trybów można uzyskać poprzez zmianę pozycji zworki podanej w module.

Tryb pojedynczego wyzwalania / tryb bez powtarzania:

Gdy czujnik PIR jest ustawiony w trybie pojedynczego wyzwalania (a pokrętło timera / czas opóźnienia jest ustawione na 5 sekund (powiedzmy)), po wykryciu człowieka wyjście zmienia stan na WYSOKI na 5 sekund i na NISKI.

Tryb powtarzania wyzwalania:

Gdy czujnik PIR jest ustawiony w trybie powtarzania wyzwalania, po wykryciu człowieka wyjście zmienia stan na WYSOKI licznik czasu odlicza 5 sekund, ale gdy w ciągu tych 5 sekund zostanie wykryty inny człowiek, licznik resetuje się do zera i odlicza kolejne 5 sekund po 2. wykryto człowieka.

Czas bloku:

Czas blokady to przedział czasu, w którym czujnik jest wyłączony lub nie wykrywa ruchu. Czas blokady dla HC-

SR501 to domyślnie 3 sekundy.

Dzieje się tak po upływie czasu opóźnienia (który został ustawiony pokrętłem timera), wyjście jest NISKIE na 3 sekundy w tym czasie żaden ruch nie zostanie wykryty. Po 3 sekundach (LOW) czujnik będzie ponownie gotowy do wykrywania ruchu.
Innymi słowy, gdy czujnik wykryje ruch, wyjście zmieni się na HIGH, wyjście pozostanie HIGH zgodnie z pokrętłem timera (powiedzmy 5 sekund), po 5 sekundach czujnik PIR będzie LOW, sygnał LOW pozostanie na 3 sekundy niezależnie od nowego ruch, jeśli występuje.

Wymiary modułu:

Czujnik jest na tyle mały, że można go ukryć przed wzrokiem ludzi i nie ma wpływu na dekoracje itp. Mierzy 32 mm x 24 mm.

Rozmiar soczewki:

Biała kopuła, która otacza czujnik piroelektryczny, nazywana jest soczewkami Fresnela, które zwiększają zasięg detekcji i wyglądają na nieprzezroczyste. Ma średnicę 23 mm.

Aplikacje:

• Systemy ochrony.
• Automatyczne światła.
• Automatyka przemysłowa.
• Drzwi automatyczne.

Na tej stronie można znaleźć niektóre projekty wykorzystujące czujnik PIR.

Typowy obwód modułu PIR

Dla entuzjastów, którzy zamierzają zbudować kompletny moduł PIR wraz z czujnikiem i pełnoprawnym wzmacniaczem, można zastosować następujący standardowy schemat i użyć go do wyzwalania dowolnej aplikacji opartej na czujniku PIR.