Подробно о pir-датчиках движения

Example of Microwave sensor

Now we know how the Microwave sensor works, its advantages and disadvantages and also its applications, it is time to get one! How about our MW0582TR11 – 5.8GHz Microwave Doppler Radar Motion Sensor!

MW0582TR11 – 5.8GHz Microwave Doppler Radar Motion Sensor

MW0582TR11 – 5.8GHz microwave doppler radar motion sensor is designed by Maxustech company. This doppler radar is a microwave module that can transmit the electromagnetic wave of 5.8GHz. It can detect the difference between the transmitted wave and reflection wave to judge whether there is an object moving over the doppler radar.

In order to get the accurate data from the sensor, this Doppler radar motion sensor has a self-made patch antenna which has a good antenna directivity. Moreover, this kind of doppler radar has an MCU inside which include intelligent algorithm to avoid noise gain caused by the device itself. It can also tell apart the environment effect such as moving branch and would not cause false-alarm thanks to the algorithm.

Is this microwave sensor easy to use?

Of course! This doppler radar not only has a sharp “eye” to detect the moving object but it is also easy to be developed because of its UART interface. As a matter of fact, this Doppler radar can be simply plugged into your Arduino board or Raspberry Pi through the serial port. Or you can just use a TTL to USB converter module to connect with your PC to read the data.

Here is a demo when using Python SDK if there is any moving object in front of the microwave sensor:

Вариант PIR датчика с GSM-модулем

Зачастую именно ПИР датчик — это та последняя преграда, которую злоумышленник обойти не может. Если проводные системы еще легко заметны, то беспроводные комплексы повышают уровень охранных систем за счет своей автономности, тем самым снижая ее уязвимость. Датчик движения с GSM модулем, безусловно, простое, но эффективное средство защиты своего имущества.

Работа данного прибора аналогична типичным ПИР датчикам. Но в данном случае при обнаружении в охраняемой зоне какого-либо движения девайс отправляет СМС-сообщение по заданному владельцем номеру и параллельно включает встроенный микрофон, чтобы была возможность прослушать, что происходит в помещении в данный момент.

Включить/выключить девайс можно удаленно отправив SMS-команду на сим-карту датчика.

Автономность устройства обеспечивается за счет встроенного пятивольтового аккумулятора, которого хватает на 15–20 дней автономной работы. Встроенный микрофон улавливает звук на расстоянии до 10 метров.

Зона видимости ДД — 5–8 метров при угле обзора в 90°.

Место размещения полноразмерной SIM-карты:

Есть собственный USB-разъем типа UC-E6, который служит для подключения внешнего источника питания на 5 вольт.

Чтобы сохранить номер хозяина датчика в его памяти, достаточно позвонить на номер сим-карты устройства. Всё! Только один номер в памяти и никаких белых или черных списков. Может ли злоумышленник позвонить на этот номер и снять датчик охраны? Да, конечно может. Но тогда это должен быть очень близкий и хорошо знакомый хозяину датчика человек.

Для постановки в режим охраны посылается СМС — сообщение с текстом: «1111».
Для снятия с режима охраны  отправляется сообщение с текстом: «0000».

Дополнительных настроек у девайса нет.

Зона сработки датчика небольшая и вероятное место установки ПИР датчика прямо напротив входной двери на расстоянии не больше трех метров.

Можно применить этот датчик непосредственно в автомобиле. Таким образом, появляется возможность отследить местонахождение машины в данный момент времени, если подключить услугу «Местонахождение абонента».

Такой беспроводной сенсор с GSM можно применять как дополнение к уже существующим охранным системам, которые уже есть на объекте и как самостоятельное средство защиты.

Основное преимущество девайса — его автономность. Это обстоятельство дает возможность поставить на охрану те объекты, на которых может отключаться электричество:

• дачи;
• гаражи;
• складские помещения.

Пирлоэлектрический датчик движения — общая информация

ПИР датчики движения по сути состоят из пироэлектрического чувствительного элемента (цилиндрическая деталь с прямоугольным кристаллом в центре), который улавливает уровень инфракрасного излучения. Все вокруг излучает небольшой уровень радиации. Чем больше температура, тем выше уровень излучения. Датчик фактически разделен на две части. Это обусловлено тем, что нам важен не уровень излучения, а непосредственно наличие движение в пределах его зоны чувствительности. Две части датчика установлены таким образом, что если одна половина улавливает больший уровень излучения, чем другая, выходной сигнал будет генерировать значение high или low.

Сам модуль, на котором установлен датчик движения, состоит также из дополнительной электрической обвязки: предохранители, резисторы и конденсаторы. В большинстве недорогих пир-датчиков используются недорогие чипы BISS0001 («Micro Power PIR Motion Detector IC»). Этот чип воспринимает внешний источник излучения и проводит минимальную обработку сигнала для его преобразования из аналогового в цифровой вид.

Одна из базовых моделей пироэлектрических датчиков подобного класса выглядит так:

Более новые модели PIR-датчиков имеют дополнительные выходы для дополнительной настройки и установленные коннекторы для сигнала, питания и земли:

ПИР датчики отлично подходят для проектов, в которых необходимо определять наличие или отсутствие человека в пределах определенного рабочего пространства. Помимо перечисленных выше достоинство подобных датчиков, они имеют большую зону чувствительности. Однако учтите, что пироэлектрические датчики не предоставят вам информации о том, сколько человек вокруг и насколько близко они находятся к датчику. Кроме того, сработать они могут и на домашних питомцев.

Общая техническая информация

Эти технические характеристики относятся к PIR датчикам, которые продаются в магазине Adafruit. Принцип работы аналогичных датчиков похожий, хотя технические характеристики могут отличаться. Так что прежде чем работать с ПИР-датчиком, ознакомьтесь с его даташитом.

• Форма: Прямоугольник;
• Цена: около 10.00 долларов в магазине Adafruit;
• Выходной сигнал: цифровой импульс high (3 В) при наличии движения и цифровой сигнал low, когда движения нет. Длина импульса зависит от резисторов и конденсаторов на самом модуле и разная в различных датчиках;
• Диапазон чувствительности: до 6 метров. Угол обзора 110° x 70°;
• Питание: 3В — 9В, но наилучший вариант — 5 вольт;
• BIS0001 (даташит);
• RE200B (даташит);
• NL11NH (даташит);
• Parallax (даташит).

Ссылки для заказа оборудования, которое используется в статье в дальнейшем из Китая

>Для заказа с Aliexpress:

Принцип работы пироэлектрических (PIR) датчиков движения

PIR датчики не такие простые как может показаться на первый взгляд. Основная причина — большое количество переменных, которые влияют на его входной и выходной сигналы. Чтобы объяснить основы работы ПИР датчиков, мы используем рисунок, приведенный ниже.

Пироэлектрический датчик движения состоит из двух основных частей. Каждая из частей включает в себя специальный материал, чувствительный к инфракрасному излучению. В данном случае линзы особо не влияют на работу датчика, так что мы видим два участка чувствительности всего модуля. Когда датчик находится в состоянии покоя, оба сенсора определяют одинаковое количество излучения. Например, это может быть излучение помещения или окружающей среды на улице. Когда теплокровный объект (человек или животное), проходит мимо, он пересекает зону чувствительности первого сенсора, в результате чего  на модуле ПИР датчика генерируются два различных значения излучения. Когда человек покидает зону чувствительности первого сенсора, значения выравниваются. Именно изменения в показаниях двух датчиков регистрируются и генерируют импульсы HIGH или LOW на выходе.

Конструкция PIR датчика

Чувствительные элементы ПИР датчика устанавливается в металлический герметический корпус, который защищает от внешних шумов, перепадов температур и влажности. Прямоугольник в центре сделан из материала, который пропускает инфракрасное излучение (обычно это материал на основе силикона). За этой пластиной устанавливаются два чувствительных элемента.

Рисунок из даташита Murata:

Рисунок из даташита RE200B:

На рисунке из даташита RE200B видно два чувствительных элемента:

На рисунке выше приведена внутренняя схема подключения.

Линзы

Инфракрасные датчики движения практически одинаковые по своей структуре. Основные отличия — чувствительность, которая зависит от качестве чувствительных элементов. При этом значительную роль играет оптика.

На рисунке выше приведен пример линзы из пластика. Это значит, что диапазон чувствительности датчика представляет из себя два прямоугольника. Но, как правило, нам нужно обеспечить большие углы обзора. Для этого можно использовать линзы, подобные тем, которые используются в фотоаппаратах. При этом линза для датчика движения должна быть маленькая, тонкая и изготавливаться из пластика, хотя он и добавляет шумы в измерения. Поэтому в большинстве PIR датчиков используются линзы Френеля (рисунок из Sensors Magazine):

Линзы Френеля концентрируют излучение, значительно расширяя диапазон чувствительности пиродатчиков (рисунок с BHlens.com)

Рисунок из Cypress appnote 2105:

Теперь у нас есть значительно больший диапазон чувствительности. При этом мы помним, что у нас два чувствительных элемента и нам нужны не столько два больших прямоугольника, сколько большое количество маленьких зон чувствительности. Для этого линза разделяется на несколько секций, каждая из которых представляет из себя отдельную линзу Френеля.

На рисунке ниже можно увидеть отдельные секции — линзы Френеля:

На этом макроснимке обратите внимание, что фактура отдельных линз отличается:

В результате формируется целый набор чувствительных участков, которые взаимодействуют между собой.

Рисунки из даташита NL11NH:

Ниже еще один рисунко. Более яркий, но менее информативный

Кроме того, обратите внимание, что у большинства датчиков угол обзора составляет 110 градусов, а не 90

Рисунок из IR-TEC:

Пироэлектрические линейные матрицы PYROSENS

Линейные матрицы — высокоточное производство на производственной площадке в Дрездене

Для бесконтактного измерения температуры и инфракрасной спектрометрии специально разработан пироэлектрическая линейная матрица, содержащая литий танталат 128, 256 или 510 чувствительных элементов (пикселей). Эти матрицы были специально разработаны для измерения очень малых потоков излучения. Линейные матрицы, разделяющие участки между пикселями и дополнительными металлическими отсеками, могут быть собраны вместе с линейным градиентным фильтром (LVF) и представляют собой очень компактные и высокоразмерные сенсорные системы с высоким разрешением, которые работают либо в конфигурации передачика, либо в системе полного внутреннего отражения (ATR).

Подробнее о наших пироэлектрических матрицах можно узнать здесь:

• Пироэлектрические линейные матрицы
• Обзор типов пироэлектрических матриц для измерений
• Обзор типов пироэлектрических матриц для спектрометрии
• Обзор типов пироэлектрических матриц со спектрально однородной максимальной чувствительностью для применений в спектрометрах

Описание датчика движения ардуино

PIR-sensor конструктивно разделен на две половины

Это обусловлено тем, что для устройства сигнализации важно именно наличие движения в зоне чувствительности, а не сам уровень излучения. Поэтому части установлены таким способом, что при улавливании одной большего уровня излучения, на выход будет подаваться сигнал со значением high или low

Основными техническими характеристиками датчика движения Ардуино являются:

• Зона обнаружения движущихся объектов составляет от 0 до 7 метров;
• Диапазон угла слежения – 110°;
• Напряжение питания – 4.5-6 В;
• Рабочий ток – до 0.05 мА;
• Температурный режим – от -20° до +50°С;
• Регулируемое время задержки от 0.3 до 18 с.

Модуль, на котором установлен инфракрасный датчик движения включает дополнительную электрическую обвязку с предохранителями, резисторами и конденсаторами.

Принцип работы датчика движения на Arduino следующий:

• Когда устройство установлено в пустой комнате, доза излучения, получаемая каждым элементом постоянна, как и напряжение;
• При появлении в комнате человека, он первым делом попадает в зону обозрения первого элемента, на котором появляется положительный электрический импульс;
• Когда человек перемещается по комнате, вместе с ним перемещается и тепловое излучение, которое попадает уже на второй сенсор. Этот PIR-элемент генерирует уже отрицательный импульс;
• Разнонаправленные импульсы регистрируются электронной схемой датчика, которая делает вывод, что в поле зрения Pir-sensor Arduino находится человек.

PIR датчик

PIR датчик представляет собой пироэлектрический инфракрасный (PIR) датчик движения. Подобные датчики часто используются в системах сигнализации и легко обнаруживают присутствие людей или животных. Они малые по габаритам, недорогие, потребляют мало энергии, легки в эксплуатации и практически не подвержены износу.

В PIR датчике присутствуют два важных элемента: пироэлектрический кристалл, который может обнаруживать тепловые сигнатуры от живого организма (человека/животных), и линзы Френеля, которые расширяют диапазон действия датчика. Также в PIR датчике доступно несколько вариантов опций, показанных на следующем рисунке.

Два потенциометра (оранжевый цвет) используются для управления чувствительностью и срабатывания по времени датчика. Основной контакт датчика (Dout) располагается между его контактами Vcc и Gnd. Датчик работает от напряжения 3.3 В, но также может работать и от напряжения 5 В. В левом верхнем углу датчик имеет переключатель режимов своей работы. Всего доступно два режима работы: “H” режим и “I” режим.

В “H” режиме на выходном контакте датчика Dout будет появляться напряжение высокого уровня (3.3V) когда в диапазоне действия датчика будет появляться человек. Спустя некоторое время, устанавливаемое с помощью потенциометра, напряжение на этом контакте становится низкого уровня. То есть в этом режиме напряжение высокого уровня на контакте Dout будет независимо от того присутствует ли еще человек в зоне действия датчика или покинул ее. Этот режим мы будем использовать в нашем проекте – в большинстве случаев он предпочтительней при работе с этим датчиком. Еще его называют режимом “с перезапуском”.

В режиме “I” напряжение высокого уровня (3.3V) на выходном контакте датчика Dout будет только тогда, когда человек находится в зоне действия датчика. Как только человек покинет ее, то спустя некоторое время, регулируемое с помощью потенциометра, на контакте Dout будет напряжение низкого уровня. То есть если вы будете ходить около датчика, то он будет постоянно срабатывать и выключаться. Этот режим еще называется режимом “без перезапуска”.

Примечание: местоположение контактов и потенциометров могут отличаться в зависимости от производителя PIR датчика.

Related Sensors

The PIR sensor couldn’t satisfy your project needs? Here’s an alternative motion sensor you can consider:

Microwave Sensor

Microwave sensors are also known as Radar, RF, or doppler sensors. They are electronic devices capable of detecting motion from walking, running to crawling in an outdoor environment by using electromagnetic radiation.

Moreover, It is able to detect motion by applying the Doppler effect and project microwaves which will bounce off surfaces and return to the sensor. It is able to measure and detect the amount of time for the signal to be reflected the sensor which is known as echo time.

What is Echo time?

The echo time helps calculate the distance from any stationary object within the detection zone and establishes a baseline for the motion detector to work from.

With echo time, the sensor is able to detect if there is any movement in the detection zone as if a person is moving within the zone as the waves will be altered which changes the echo time. With the microwave sensor, it is able to do all this within less than a microsecond.

It is also more suitable in certain scenarios compared to the PIR sensor. For example, it is not affected by ambient temperature compared to the PIR sensor.

Fun fact: A microwave sensor is able to offer stable performance at temperatures as low as -20°C and as high as 45°C!

Interested to learn more about it? Check out our other blog on Which Arduino Motion Sensor to Use – Microwave or PIR Sensor!

Настройка работы

Перед использованием PIR датчика, его, как всякий прибор, необходимо настроить. Для этого он обладает тремя опциями настроек:

• освещённость;
• чувствительность;
• время задержки.

Освещённость

Для того чтобы прибор не включал свет днём, поздним утром и с началом сумерек, можно выполнить более тонкую регулировку по параметру «LUX».

Последовательность действий:

1. Вывернуть регулятор на максимум.
2. Как только наступил желаемый уровень темноты, медленно поворачивать регулятор в обратную сторону, до тех пор, пока датчик не сработает и включится свет в помещении.

Теперь прибор будет включаться именно в тот момент, когда свет в помещении будет более востребован.

Чувствительность

Регулировка чувствительности исключает реакцию датчика на появление в поле его «зрения» мелких домашних животных.

Настройка прибора выполняется винтом «Sens» опытным путем:

1. На первом этапе выставляем максимальную чувствительность.
2. Теперь проверяем, будет ли прибор работать на требуемом расстоянии, уменьшая уровень пока он перестанет реагировать на человека.
3. Проверяем, какая реакция на мелких животных.
4. Осталось зафиксировать тот порог чувствительности, который вас устроит.

Правильная регулировка состоит в том, чтобы датчик зафиксировал движение человека на границе приемлемой освещенности.

Время задержки

Время задержки — параметр, по которому видно, какое время после срабатывания датчик «увидит», что движения больше нет. Временной интервал регулируется в границах от 5 секунд до 10 минут.

Регулировка выполняется регулятором с надписью «Time»:

1. Выкручиваем регулятор до минимального значения.
2. Начать движение в поле работы датчика.
3. Засекаем время срабатывания
4. Эмпирическим путем выставляется нужное время срабатывания.
5. Нужные параметры сохраняются.

Что дает временная задержка?

Представьте, что человек поднялся на пятый этаж: ему нужно отдышаться, найти ключи, открыть дверь. И свет должен гореть. То есть параметр задержки должен быть максимальным.

Другое дело если датчик установлен в квартирном коридоре. Тут можно выставить минимальную задержку порядка 3–5 секунд.

Вообще индикаторы движения могут быть установлены в различных местах. Наиболее актуальны эти приборы в местах где часто собираются люди. Например, в офисах и конторах такая задержка по времени включения/выключения должна быть максимально допустимой. И наоборот в малопосещаемых местах задержку включения можно установить на самый минимум.

Overview of PIR Sensors

What is a PIR Sensor?

A passive infrared sensor is an electronic sensor that measures infrared light radiating from objects in its field of view. They are most often used in PIR-based motion detectors. PIR sensors are commonly used in security alarms and automatic lighting applications.

Image: PIR Motion Sensor – Large Lens version

Technically, PIR is made of a pyroelectric sensor, which is able to detect different levels of infrared radiation. For example, Everything emits varied level radiation and the level of radiation will increase with the increase of the object’s temperature.

What does a PIR sensor detect?

PIR sensors are also known as PID or Passive Infrared Detectors. Thus, the PIR sensor can detect infrared radiation that is emitted by particles.

Generally, PIR can detect animal/human movement in a requirement range, which is determined by the spec of the specific sensor. The detector itself does not emit any energy but passively receives it, detects infrared radiation from the environment.

Ref: Elprocus

How does PIR Sensor work?

The PIR Sensor is pretty complicated when compared to the other sensors. Since they have 2 slots, and the slots are made of sensitive material.

The Fresnel lens is used to see that the two slots of the PIR can see out past some distance. When the sensor is inactive, then the two slots senses the same amount of IR. The ambient amount radiates from the outdoors, walls or room, etc.

When a human body or any animal passes by, it intercepts the first slot of the PIR sensor. This causes a positive differential change between the two bisects. But when the body leaves the sensing area, the sensor generates a negative differential change between the two bisects.

Ref: Elpocus

Range of Different PIR Sensors

• Indoor passive infrared: Detection distances range from 25 cm to 20 m.
• Indoor curtain-type: The detection distance ranges from 25 cm to 20 m.
• Outdoor passive infrared: The detection distance ranges from 10 meters to 150 meters.
• Outdoor passive infrared curtain detector: distance from 10 meters to 150 meters

Пассивные датчики движения

Самый универсальный тип детекторов. Именно они прекрасно подходят для автоматизации освещения.

В их конструкции есть только приемник, который успешно различает тепловые зоны тех объектов, которые его окружают. Понятно, что раз девайс работает с разницами в температурных показателях, то такие устройства гораздо успешнее будут функционировать в прохладной обстановке. В этом пространстве различия между теплом от человека и окружающего воздуха проявляются более четче. В этих случаях вероятность ложного срабатывания прибора резко снижается — движущийся объект на общем фоне будет более различимым.

Кроме того, извещатели такого типа успешно применяются в охранных комплексах и системах наблюдения. Номенклатура изделий такого типа очень широка. Практически для любых задач можно подобрать свой детектор движения по мощности и дальности действия.

Есть и переносные ДД автономного типа. Охранную систему можно развернуть буквально в пустом поле для наблюдения за периметром кемпингов к примеру. Если охранную зону пересекут дикие животные, датчики зафиксируют движение и подадут людям сигнал опасности.