Pir motion sensor. ИК-датчики движения: принцип работы, применение и особенности использования PIR-сенсоров

Как работают пассивные инфракрасные датчики движения. Из каких компонентов состоит PIR-сенсор. Где применяются ИК-датчики движения. Какие преимущества и недостатки у PIR-сенсоров. Как правильно выбрать и установить датчик движения.

Принцип работы пассивных инфракрасных датчиков движения

Пассивные инфракрасные (PIR) датчики движения работают на основе обнаружения изменений инфракрасного (теплового) излучения окружающих объектов. Основные компоненты PIR-сенсора:

• Пироэлектрический сенсор
• Линза Френеля
• Электронная схема обработки сигнала

Пироэлектрический сенсор состоит из двух чувствительных элементов, реагирующих на инфракрасное излучение. Линза Френеля фокусирует ИК-излучение на сенсоре. При появлении движущегося теплого объекта (например, человека) в зоне обнаружения возникает разница сигналов между двумя элементами сенсора, что интерпретируется электронной схемой как движение.

Ключевые характеристики и возможности PIR-датчиков

Основные параметры пассивных инфракрасных датчиков движения:

• Дальность обнаружения: обычно до 5-12 метров
• Угол обзора: от 90° до 360°
• Время срабатывания: доли секунды
• Напряжение питания: 3-12В
• Потребляемый ток: единицы мА

Какие преимущества дают PIR-сенсоры?

• Низкое энергопотребление
• Невысокая стоимость
• Простота использования
• Надежность и долговечность
• Не требуют сложной настройки

Области применения инфракрасных датчиков движения

PIR-сенсоры нашли широкое применение в различных сферах:

1. Охранные системы — для обнаружения проникновения
2. Умный дом — автоматизация освещения, климата и т.д.
3. Энергосбережение — включение/выключение устройств
4. Автоматические двери — бесконтактное открывание
5. Сантехника — сенсорные смесители, сушилки для рук
6. Бытовая техника — включение экрана, разблокировка

Где еще могут использоваться PIR-датчики? В системах учета посетителей, для подсчета людей в помещении, в игрушках и развлекательных устройствах, реагирующих на движение.

Особенности выбора и монтажа PIR-сенсоров

На что обратить внимание при выборе PIR-датчика движения?

• Дальность и угол обнаружения — должны соответствовать размерам помещения
• Чувствительность — возможность настройки для исключения ложных срабатываний
• Задержка выключения — регулируемое время работы после последнего обнаружения
• Устойчивость к помехам — защита от электромагнитных наводок
• Температурный диапазон — для использования на улице или в неотапливаемых помещениях

Как правильно установить PIR-датчик движения?

1. Разместить на высоте 2-3 метра от пола
2. Направить линзу на зону, где ожидается движение
3. Исключить попадание прямых солнечных лучей на сенсор
4. Не устанавливать вблизи источников тепла и холодных потоков воздуха
5. Обеспечить свободное пространство перед датчиком

Ограничения и недостатки PIR-технологии

Несмотря на широкое распространение, PIR-датчики имеют ряд ограничений:

• Реагируют только на движущиеся объекты
• Могут давать ложные срабатывания от животных, птиц
• Чувствительны к резким перепадам температуры
• Не определяют расстояние до объекта и его размеры
• Имеют «слепые зоны» из-за особенностей линзы

Как минимизировать недостатки PIR-сенсоров? Используйте датчики в комплексе с другими типами сенсоров, например, микроволновыми. Правильно настраивайте чувствительность. Применяйте специальные линзы для конкретных задач.

Перспективы развития технологии PIR-датчиков

Какие тенденции наблюдаются в развитии PIR-сенсоров?

• Миниатюризация — уменьшение размеров датчиков
• Повышение чувствительности и дальности обнаружения
• Интеграция с системами машинного обучения для умного анализа
• Комбинирование с другими типами сенсоров в одном корпусе
• Снижение энергопотребления для автономной работы

Возможно ли создание «идеального» датчика движения? Вероятно, в будущем появятся мультисенсорные устройства, сочетающие преимущества различных технологий обнаружения и способные точно определять не только факт движения, но и траекторию, скорость, размер объекта.

Сравнение PIR-датчиков с альтернативными технологиями

Какие существуют альтернативы PIR-сенсорам для обнаружения движения?

• Микроволновые датчики — излучают радиоволны и анализируют отраженный сигнал
• Ультразвуковые сенсоры — работают по принципу эхолокации
• Оптические датчики — используют камеру и алгоритмы компьютерного зрения
• Емкостные сенсоры — реагируют на изменение электрического поля

В чем преимущества PIR перед другими технологиями?

1. Низкое энергопотребление
2. Невысокая стоимость
3. Простота интеграции
4. Нечувствительность к пыли и загрязнениям
5. Отсутствие излучения (пассивный принцип)

При выборе технологии датчика движения важно учитывать конкретные условия применения и требования к системе. В некоторых случаях оптимальным решением может быть комбинация различных типов сенсоров.

Как выбрать оптимальный датчик движения для конкретной задачи?

При выборе датчика движения следует учитывать следующие факторы:

• Размеры и конфигурация контролируемой зоны
• Условия окружающей среды (температура, влажность, освещенность)
• Требования к энергопотреблению и автономности
• Необходимая точность и надежность обнаружения
• Совместимость с существующими системами
• Бюджет проекта

Для большинства бытовых и коммерческих применений PIR-датчики остаются оптимальным выбором благодаря сочетанию низкой стоимости, простоты использования и достаточной функциональности. Однако в специфических условиях или при повышенных требованиях к точности могут потребоваться более сложные или комбинированные решения.

Обзор | ИК-датчик движения

Обзор

Сохранить Подписаться

Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.

После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.

Датчики

PIR позволяют вам ощущать движение, почти всегда используемое для определения того, вошел ли человек в зону действия датчиков или вышел из нее. Они маленькие, недорогие, маломощные, простые в использовании и не изнашиваются. По этой причине они обычно встречаются в бытовой технике и гаджетах, используемых в домах или на предприятиях. Их часто называют датчиками PIR, «пассивными инфракрасными», «пироэлектрическими» или «ИК-датчиками движения».

PIR в основном состоят из пироэлектрического датчика (который вы можете видеть ниже в виде круглой металлической банки с прямоугольным кристаллом в центре), который может определять уровни инфракрасного излучения. Все излучает небольшое излучение, и чем горячее что-то, тем больше излучения. Датчик в детекторе движения фактически разделен на две половины. Причина этого в том, что мы стремимся обнаруживать движение (изменение), а не средние уровни ИК-излучения. Две половины соединены так, что они компенсируют друг друга. Если одна половина видит больше или меньше ИК-излучения, чем другая, выходной сигнал будет высоким или низким.

Наряду с пироэлектрическим датчиком находится куча вспомогательной схемы, резисторов и конденсаторов. Похоже, что в большинстве небольших датчиков для любителей используется BISS0001 («микромощный ИК-детектор движения IC»), несомненно, очень недорогой чип. Этот чип принимает выходной сигнал датчика и выполняет некоторую незначительную обработку, чтобы выдать цифровой выходной импульс от аналогового датчика.

Наши старые PIR выглядели так:

Наши новые PIR имеют более настраиваемые параметры и имеют разъем, установленный на 3-контактных контактных площадках заземления/выхода/питания

Для многих основных проектов или продуктов, которым необходимо определять, когда человек вышел или вошел в зону, или приблизился, датчики PIR отлично подходят. Они маломощны и недороги, довольно прочны, имеют широкий диапазон объективов и просты в использовании. Обратите внимание, что ИК-датчики не сообщат вам, сколько людей вокруг или как близко они находятся к датчику, объектив часто фиксируется на определенном размахе и расстоянии (хотя его можно где-то взломать), а также они иногда выделяются домашними животными. . Главное экспериментировать!

Некоторые основные статистические данные

Эти статистические данные относятся к датчику PIR в магазине Adafruit, который очень похож на датчик Parallax. Почти все пассивные инфракрасные датчики будут иметь немного разные характеристики, хотя все они в значительной степени работают одинаково. Если есть техническое описание, вам нужно обратиться к нему

• Размер: Прямоугольный
• Цена: $10,00 в магазине Adafruit
• Выход: Цифровой импульс высокого уровня (3 В) при срабатывании (обнаружено движение) цифровой низкий уровень при простое (движение не обнаружено).
  Длины импульсов определяются резисторами и конденсаторами на печатной плате и различаются от датчика к датчику.
• Диапазон чувствительности: до 20 футов (6 метров) Диапазон обнаружения 110° x 70°
• Источник питания: Входное напряжение 5–12 В для большинства модулей (у них есть стабилизатор на 3,3 В), но 5 В идеально подходит, если регулятор имеет другие характеристики
• BIS0001 Лист данных (используемый чип декодера)
• Спецификация RE200B (скорее всего, используется чувствительный элемент PIR)
• Спецификация NL11NH (используется эквивалентный объектив)
• Parallax Datasheet на свою версию датчика

Больше ссылок!

• Отличная страница о датчиках PIR от GLOLAB\

Как работают PIR

Это руководство было впервые опубликовано 28 января 2014 г. обновлено 28 января 2014 г.

Эта страница (обзор) последний раз обновлялась 22 октября 2022 г.

Текстовый редактор на базе tinymce.

Как работают PIR | ИК-датчик движения

Как работают PIR

Сохранить Подписаться

Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.

После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.

Датчики

PIR более сложны, чем многие другие датчики, описанные в этих руководствах (например, фотоэлементы, FSR и переключатели наклона), потому что существует множество переменных, влияющих на вход и выход датчика. Чтобы начать объяснять, как работает базовый датчик, мы будем использовать эту довольно красивую диаграмму 9.0007

Сам ИК-датчик имеет две прорези, каждая прорезь сделана из специального материала, чувствительного к ИК-излучению. Используемый здесь объектив на самом деле мало что делает, и поэтому мы видим, что два слота могут «видеть» на некотором расстоянии (в основном чувствительность сенсора). Когда датчик не используется, оба слота обнаруживают одинаковое количество ИК-излучения, окружающее количество, излучаемое из комнаты, стен или снаружи. Когда теплое тело, такое как человек или животное, проходит мимо, оно сначала перехватывает одну половину датчика PIR, что вызывает  положительный дифференциал  переход между двумя половинами. Когда теплое тело покидает зону восприятия, происходит обратное, в результате чего датчик генерирует отрицательное дифференциальное изменение. Эти импульсы изменения и обнаруживаются.

ИК-датчик

Сам ИК-датчик помещен в герметичный металлический корпус для повышения устойчивости к шуму/температуре/влажности. Имеется окно из материала, пропускающего ИК-излучение (обычно это кремний с покрытием, так как его очень легко достать), которое защищает чувствительный элемент. За окном находятся два сбалансированных датчика.

Левое изображение из спецификации Murata

Изображение из технического описания RE200B

Вы можете видеть выше схему, показывающую окно элемента, две части чувствительного материала

Изображение из технического описания RE200B

На этом изображении показана внутренняя схема. На самом деле внутри есть JFET (тип транзистора), который очень малошумящий и буферизует чрезвычайно высокое сопротивление датчиков в то, что может воспринять недорогая микросхема (например, BIS0001).

Линзы

Датчики PIR довольно общие и в большинстве случаев различаются только ценой и чувствительностью. Большая часть настоящего волшебства происходит с оптикой. Это довольно хорошая идея для производства: датчик PIR и схема фиксированы и стоят несколько долларов. Объектив стоит всего несколько центов и может очень легко изменять ширину, диапазон, схему восприятия.

На схеме вверху линза — это просто кусок пластика, но это означает, что область обнаружения — всего два прямоугольника. Обычно мы хотели бы иметь зону обнаружения, которая намного больше. Для этого мы используем простой объектив, такой как в фотоаппарате: он сжимает большую область (например, пейзаж) в маленькую (на пленке или ПЗС-сенсоре). По причинам, которые скоро станут очевидными, мы хотели бы сделать PIR-линзы маленькими, тонкими и легко формуемыми из дешевого пластика, даже если это может добавить искажения. По этой причине датчики на самом деле представляют собой линзы Френеля:

Изображение из журнала Sensors Magazine

Линза Френеля конденсирует свет, обеспечивая более широкий диапазон инфракрасного излучения для датчика.

Изображение с сайта BHlens.com

Изображение из приложения Cypress 2105

Итак, теперь у нас гораздо больший диапазон. Однако помните, что на самом деле у нас есть два сенсора, и, что более важно, нам нужны не два действительно больших прямоугольника с сенсорной областью, а скорее набор из нескольких небольших областей. Итак, что мы делаем, так это делим линзу на несколько секций, каждая из которых представляет собой линзу Френеля.

Здесь вы можете увидеть многогранные секции

На этом макроснимке показаны различные линзы Френеля в каждой грани!

Различная огранка и дополнительные линзы создают диапазон областей обнаружения, перемежающихся друг с другом.