ในโพสต์นี้เราจะสำรวจแผ่นข้อมูลของ PIR หรือ Pyroelectric Infrared Radial Sensor HC-SR501 เราจะเข้าใจว่าใช้เซ็นเซอร์ PIR เพื่อวัตถุประสงค์อะไร? การใช้งานทริกเกอร์พื้นฐานรายละเอียดการเชื่อมต่อพินข้อกำหนดทางเทคนิคและในที่สุดเราจะมาดูแอพพลิเคชั่นในชีวิตจริง
เราจะเริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจหน่วยเซ็นเซอร์ PIR จริงซึ่งติดตั้งอยู่ภายใน โมดูล PIR มาตรฐาน และเรียนรู้ลักษณะภายในรายละเอียดพินเอาต์และรายละเอียดการทำงานภายใน
PIR Sensor คืออะไร?
PIR ย่อมาจาก Pyroelectic Infrared Radial Sensor หรือ Passive Infrared Sensor PIR เป็นเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแสงอินฟราเรดในระยะทางที่กำหนดและให้สัญญาณไฟฟ้าที่เอาต์พุตเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณ IR ที่ตรวจพบ สามารถตรวจจับวัตถุที่เปล่งแสงอินฟราเรดเช่นมนุษย์หรือสัตว์หากอยู่ในระยะของเซ็นเซอร์หรือเคลื่อนออกจากระยะหรือเคลื่อนที่ภายในช่วงของเซ็นเซอร์
โมดูลเซ็นเซอร์ PIR สามารถแบ่งออกเป็นสองส่วนคือคริสตัลไวแสงอินฟราเรดและวงจรประมวลผล
ภาพประกอบของ PIR sensitive crystal:
ส่วนที่มืดของโลหะซึ่งเป็นที่ตั้งของคริสตัลไวต่อ IR คริสตัลไวแสงสามารถตรวจจับระดับอินฟราเรดในสภาพแวดล้อมได้ มีเซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริคสองตัวสำหรับตรวจจับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ หากผลึกที่ละเอียดอ่อนตัวใดตัวหนึ่งตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของอินฟราเรด (เพิ่มขึ้นหรือลดลง) กว่าคริสตัลที่มีความอ่อนไหวอื่น ๆ เอาต์พุตจะถูกทริกเกอร์
โดยปกติโครงสร้างพลาสติกรูปโดมจะวางอยู่บนคริสตัลที่มีความอ่อนไหวนี้ซึ่งทำหน้าที่เป็นเลนส์เพื่อโฟกัสแสงอินฟราเรดบนเซ็นเซอร์
PIR ทำงานอย่างไร
การดำเนินการตรวจจับของเซ็นเซอร์อินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติหรือลักษณะเฉพาะซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนโพลาไรซ์ของวัสดุเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้องค์ประกอบการตรวจจับคู่หรือคู่สำหรับการตรวจจับสัญญาณ IR ในสองขั้นตอนซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าการตรวจจับที่ไม่สามารถป้องกันได้โดยการยกเลิกการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ไม่ต้องการภายในระยะ EMI ที่มีอยู่ กระบวนการตรวจจับสองขั้นตอนนี้ช่วยเพิ่มเสถียรภาพโดยรวมของเซ็นเซอร์และช่วยในการตรวจจับสัญญาณ IR จากการมีอยู่ของมนุษย์เท่านั้น
เมื่อมนุษย์หรือแหล่งสัญญาณ IR ที่เกี่ยวข้องเคลื่อนผ่านเซ็นเซอร์ PIR รังสีจะตัดเข้าไปในองค์ประกอบตรวจจับคู่ในลักษณะอื่นกระตุ้นเอาต์พุตเพื่อสร้างคู่ของการเปิด / ปิดหรือพัลส์สูงและต่ำดังที่แสดงในภาพ รูปคลื่นต่อไปนี้:
การจำลอง Gif แบบคร่าวๆต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์ PIR ตอบสนองต่อมนุษย์ที่กำลังเคลื่อนไหวอย่างไรและพัฒนาพัลส์สั้น ๆ สองสามอันที่นำไปสู่เอาต์พุตสำหรับการประมวลผลที่ต้องการหรือเรียกใช้สเตจรีเลย์ที่กำหนดค่าอย่างเหมาะสม
เค้าโครงภายในของ PIR
รูปต่อไปนี้แสดงเค้าโครงภายในหรือการกำหนดค่าภายในเซ็นเซอร์ PIR มาตรฐาน
ทางด้านซ้ายเราจะเห็นองค์ประกอบการตรวจจับ IR ที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม ปลายด้านบนของซีรี่ส์นี้เชื่อมต่อกับประตูของ FET ในตัวซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณ IR ขนาดเล็ก ตัวต้านทานแบบดึงลง Rg ให้ตรรกะศูนย์สแตนด์บายที่ต้องการไปยัง FET เพื่อให้แน่ใจว่าปิดอยู่อย่างสมบูรณ์ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณ IR
เมื่อตรวจพบสัญญาณ IR ที่เคลื่อนที่โดยองค์ประกอบตรวจจับคู่สัญญาณจะสร้างสัญญาณลอจิก hi และ low ที่สอดคล้องกันตามที่กล่าวไว้ข้างต้น:
พัลส์เหล่านี้ได้รับการขยายอย่างเหมาะสมโดย FET และจำลองแบบที่ขาเอาต์พุตสำหรับการประมวลผลเพิ่มเติมโดยวงจรต่อพ่วง
ขั้นตอน EMI ที่เกี่ยวข้องพร้อมกับตัวเก็บประจุจะให้การกรองเพิ่มเติมในกระบวนการเพื่อสร้างชุดพัลส์ที่สะอาดที่ขาเอาต์พุตที่ระบุของ PIR
การทดสอบการตั้งค่าสำหรับเซ็นเซอร์ PIR
ภาพต่อไปนี้แสดงการตั้งค่าการทดสอบเซ็นเซอร์ PIR มาตรฐาน เอาต์พุตและหมุด Vss (พินลบ) ของ PIR เชื่อมต่อกับตัวต้านทานแบบดึงลงภายนอกพิน Vdd มาพร้อมกับแหล่งจ่ายไฟ 5V
ตัวเครื่องสีดำของเครื่องเขียนจะสร้างรังสีอินฟราเรดเทียบเท่าที่จำเป็นสำหรับเซ็นเซอร์ PIR ผ่านกลไกการสับ แผ่นสับจะตัดสัญญาณ IR ที่เลียนแบบเป้าหมาย IR ที่เคลื่อนไหว
สัญญาณ IR ที่สับนี้กระทบกับเซ็นเซอร์ PIR ซึ่งสร้างพัลส์ที่ระบุผ่านขาเอาต์พุตซึ่งขยายอย่างเหมาะสมผ่าน opamp สำหรับการวิเคราะห์ในขอบเขต
เงื่อนไขการทดสอบในอุดมคติสำหรับการตั้งค่าข้างต้นสามารถดูได้ด้านล่าง:
การปรับสมดุลเอาต์พุตของ Sensing Element
เนื่องจากกลไกการตรวจจับคู่ถูกใช้ใน PIR จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการประมวลผลผ่านเลนส์คู่นั้นมีความสมดุลอย่างถูกต้อง
องค์ประกอบการตรวจจับได้รับการทดสอบและกำหนดค่าอย่างเหมาะสมโดยการประเมินแรงดันเอาต์พุตสัญญาณเดี่ยว (SSOV) ตามสูตรต่อไปนี้:
ราศีตุลย์: | Va - Vb | / (Va + Vb) x 100%
โดยที่ Va = ความไวของด้าน A (mV สูงสุดถึงจุดสูงสุด)
Vb = ด้านความไว B (mV สูงสุดถึงจุดสูงสุด)
ข้อมูลจำเพาะหลัก
ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักและพารามิเตอร์ขนาดของเซ็นเซอร์ PIR สามารถเรียนรู้ได้จากรายละเอียดต่อไปนี้:
การใช้ PIR Inside Modules
วันนี้คุณจะพบกับโมดูล PIR ที่มีเซ็นเซอร์ PIR รวมอยู่ในวงจรประมวลผลและเลนส์เฉพาะ สิ่งนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ PIR ได้หลายเท่าและช่วยให้ผู้ใช้ปลายทางได้รับเอาต์พุตที่ปรับให้เหมาะสมและขยายออกจากโมดูลได้ดี
ตอนนี้เอาต์พุตนี้จำเป็นต้องกำหนดค่าด้วยสเตจรีเลย์สำหรับการสลับเปิด / ปิดที่จำเป็นของโหลดเพื่อตอบสนองการมีอยู่ของมนุษย์ในโซนที่กำหนด
วงจรภายในโมดูลมาตรฐานประกอบด้วย IC BISS0001 ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการตรวจจับการเคลื่อนไหว มีลูกบิดสองปุ่มหนึ่งปุ่มสำหรับปรับความไวของโมดูลและอีกปุ่มหนึ่งใช้สำหรับปรับระยะเวลาที่เอาต์พุตควรอยู่ในระดับสูงหลังจากที่โมดูลถูกกระตุ้น
ตอนนี้เรามาดูรายละเอียดทางเทคนิคของเซ็นเซอร์ PIR HC-SR501
แรงดันไฟฟ้า:
HC-SR501 มีตั้งแต่ 5 V ถึง 20 V ซึ่งให้ความยืดหยุ่นอย่างมากสำหรับนักออกแบบวงจร
การบริโภคในปัจจุบัน:
HC-SR501 เป็นอุปกรณ์ที่เป็นมิตรกับแบตเตอรี่โดยมีการใช้กระแสไฟ 65 mA เมื่อตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของแสง IR
แรงดันขาออก:
เมื่อโมดูลตรวจพบการเคลื่อนไหวของอินฟราเรดเอาต์พุตจะสูงที่ 3.3 V หากโมดูลตรวจพบว่าไม่มีการเคลื่อนไหวจะไป LOW หรือ 0 V หลังจากช่วงเวลาที่กำหนด
เวลาล่าช้า:
มีปุ่มปรับเวลาสำหรับเอาต์พุตให้อยู่สูงหลังจากตรวจพบ IR ช่วงเวลานี้สามารถปรับได้ตั้งแต่ 5 วินาทีถึง 5 นาที
ช่วงความไว:
มุมของพื้นที่ตรวจจับอยู่ที่ประมาณ 110 องศากรวย มีการให้ลูกบิดเพื่อปรับความไวที่เราสามารถเปลี่ยนได้ตั้งแต่ 3 เมตรถึง 7 เมตรในแนวตั้งฉากกับเซนอร์ ความไวจะลดลงเมื่อเราเลื่อนเซ็นเซอร์ทั้งสองข้าง
อุณหภูมิในการทำงาน:
HC-SR501 มีอุณหภูมิในการทำงานที่น่าประทับใจตั้งแต่ -15 ถึง +70 องศาเซลเซียส
ปัจจุบันนิ่ง:
กระแสไฟฟ้าดับคือกระแสที่ใช้จากแหล่งจ่ายเมื่อเซ็นเซอร์ตรวจไม่พบการเคลื่อนไหวใด ๆ หรือเมื่อไม่ได้ใช้งาน ใช้พลังงานน้อยกว่า 50 uA ซึ่งทำให้แบตเตอรี่เซ็นเซอร์เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
PIR pinouts และโหมดทริกเกอร์
โหมดทริกเกอร์:
โมดูล PIR มีโหมดทริกเกอร์สองโหมด: ทริกเกอร์เดี่ยว / โหมดไม่ทำซ้ำและทริกเกอร์ซ้ำ ทั้งสองโหมดนี้สามารถเข้าถึงได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งจัมเปอร์ที่ระบุในโมดูล
โหมดทริกเกอร์เดี่ยว / โหมดไม่ทำซ้ำ:
เมื่อเซ็นเซอร์ PIR ถูกตั้งค่าในโหมดทริกเกอร์เดี่ยว (และปุ่มจับเวลา / เวลาหน่วงเวลาถูกตั้งไว้เป็นเวลา 5 วินาที (พูด)) เมื่อตรวจพบมนุษย์เอาต์พุตจะเปลี่ยนเป็น HIGH เป็นเวลา 5 วินาทีและเปลี่ยนเป็น LOW
ทำซ้ำโหมดทริกเกอร์:
เมื่อเซ็นเซอร์ PIR ถูกตั้งค่าในโหมดทริกเกอร์ซ้ำเมื่อตรวจพบมนุษย์เอาต์พุตจะเปลี่ยนเป็น HIGH ตัวจับเวลาจะนับเป็นเวลา 5 วินาที แต่เมื่อตรวจพบมนุษย์อีกคนใน 5 วินาทีนั้นตัวจับเวลาจะรีเซ็ตเป็นศูนย์และนับอีก 5 วินาทีหลังจากวันที่ 2 ตรวจพบมนุษย์
เวลาปิดกั้น:
เวลาปิดกั้นคือช่วงเวลาที่เซ็นเซอร์ปิดใช้งานหรือจะไม่ตรวจจับการเคลื่อนไหว เวลาบล็อกสำหรับ HC-
SR501 คือ 3 วินาทีโดยค่าเริ่มต้น
สิ่งนี้เกิดขึ้นหลังจากเวลาหน่วง (ซึ่งกำหนดโดยปุ่มจับเวลา) เอาต์พุตจะไป LOW เป็นเวลา 3 วินาทีในระหว่างช่วงเวลานี้จะไม่มีการตรวจพบการเคลื่อนไหว หลังจาก 3 วินาที (LOW) เซ็นเซอร์จะพร้อมตรวจจับการเคลื่อนไหวอีกครั้ง
กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเมื่อเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวเอาต์พุตจะสูงขึ้นเอาต์พุตจะยังคงสูงตามปุ่มจับเวลา (พูด 5 วินาที) หลังจาก 5 วินาทีเซ็นเซอร์ PIR จะทำงาน LOW สัญญาณ LOW จะยังคงอยู่เป็นเวลา 3 วินาทีโดยไม่คำนึงถึงสิ่งใหม่ การเคลื่อนไหวถ้ามี
ขนาดของโมดูล:
เซ็นเซอร์มีขนาดกะทัดรัดพอที่จะซ่อนจากมุมมองของผู้คนจึงไม่ส่งผลกระทบต่อการตกแต่ง ฯลฯ ขนาด 32 มม. x 24 มม.
ขนาดเลนส์:
โครงสร้างโดมสีขาวซึ่งล้อมรอบเซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริกเรียกว่าเลนส์เฟรสซึ่งเพิ่มระยะการตรวจจับและมีลักษณะทึบแสง มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 23 มม.
การใช้งาน:
•ระบบรักษาความปลอดภัย
• ไฟอัตโนมัติ
•การควบคุมอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม
•ประตูอัตโนมัติ
คุณสามารถค้นหาโครงการบางส่วนโดยใช้เซ็นเซอร์ PIR ในไซต์นี้
วงจรโมดูล PIR ทั่วไป
สำหรับผู้ที่ชื่นชอบที่ตั้งใจจะสร้างโมดูล PIR ที่สมบูรณ์พร้อมกับเซ็นเซอร์และแอมพลิฟายเออร์ที่มีคุณสมบัติครบถ้วนสามารถใช้แผนผังมาตรฐานต่อไปนี้สำหรับการเรียกใช้แอพพลิเคชั่นที่ใช้เซ็นเซอร์ PIR ที่เกี่ยวข้อง
มีข้อสงสัยหรือคำถามเพิ่มเติม? โปรดอย่าลังเลที่จะนำเสนอผ่านช่องแสดงความคิดเห็นด้านล่าง
คู่ของ: วงจรอินเวอร์เตอร์ Arduino Full-Bridge (H-Bridge) ถัดไป: วงจรตรวจจับความเร็วของรถสำหรับตำรวจจราจร