Tutoriel sur les capteurs de mouvement PIR

Capteurs infrarouges pyroélectriques ("passifs"):

'' 'Qu'est-ce qu'un capteur PIR?' ''

Les capteurs PIR vous permettent de détecter le mouvement, presque toujours utilisé pour détecter si un humain est entré ou sorti de la plage des capteurs. Ils sont petits, peu coûteux, de faible puissance, faciles à utiliser et ne s'usent pas. Pour cette raison, ils se trouvent généralement dans les appareils et gadgets utilisés dans les maisons ou les entreprises. Ils sont souvent appelés capteurs PIR, «infrarouge passif», «pyroélectrique» ou «mouvement IR».

Les PIR sont essentiellement constitués d'un capteur pyroélectrique (que vous pouvez voir ci-dessus comme la boîte métallique ronde avec un cristal rectangulaire au centre), qui peut détecter les niveaux de rayonnement infrarouge. Tout émet un rayonnement de faible intensité, et plus quelque chose est chaud, plus le rayonnement est émis. Le capteur d'un détecteur de mouvement est en fait divisé en deux moitiés. La raison en est que nous cherchons à détecter le mouvement (changement) et non les niveaux moyens d'IR. Les deux moitiés sont câblées de manière à s'annuler. Si une moitié voit plus ou moins de rayonnement IR que l'autre, la sortie oscille haut ou bas.

Avec le capteur pyroélectrique, il y a un tas de circuits de support, de résistances et de condensateurs. Il semble que la plupart des petits capteurs amateurs utilisent le BISS0001 ("Micro Power PIR Motion Detector IC"), sans aucun doute une puce très bon marché. Cette puce prend la sortie du capteur et effectue un traitement mineur sur elle pour émettre une impulsion de sortie numérique à partir du capteur analogique.

Pour de nombreux projets ou produits de base qui doivent détecter quand une personne a quitté ou est entrée dans la zone, ou s'est approchée, les capteurs PIR sont excellents. Ils sont de faible puissance et à faible coût, assez robustes, ont une large gamme d'objectifs et sont faciles à interfacer. Notez que les PIR ne vous diront pas combien de personnes se trouvent autour ou à quelle distance elles sont du capteur, l'objectif est souvent fixé à un certain balayage et à une certaine distance (bien qu'il puisse être piraté quelque part) et ils sont également parfois déclenchés par la maison animaux domestiques. L'expérimentation est la clé!

Quelques statistiques de base

Ces statistiques concernent le capteur PIR dans la boutique Adafruit, qui ressemble beaucoup à celui de Parallax. Presque tous les PIR auront des spécifications légèrement différentes, bien qu'ils fonctionnent tous à peu près de la même manière. S'il y a une fiche technique, vous voudrez vous y référer

  • Taille: rectangulaire
  • Prix: 10, 00 $ à la boutique Adafruit
  • Sortie: impulsion numérique élevée (3 V) lorsqu'elle est déclenchée (mouvement détecté) numérique faible lorsqu'elle est inactive (aucun mouvement détecté). Les longueurs d'impulsion sont déterminées par des résistances et des condensateurs sur le PCB et diffèrent d'un capteur à l'autre.
  • Plage de sensibilité: jusqu'à 20 pieds (6 mètres) 110 degrés x 70 degrés de détection
  • Alimentation: tension d'entrée 3, 3 V - 5 V,
  • Fiche technique BIS0001 (la puce de décodeur utilisée)
  • Fiche technique RE200B (probablement l'élément de détection PIR utilisé)
  • Fiche technique NL11NH (objectif équivalent utilisé)
  • Fiche technique Parallax sur leur version du capteur
    • Une grande page sur les capteurs PIR de GLOLAB
    • Rapport de capteur NYU

    Étape 1: Comment ça marche?


    Les capteurs PIR sont plus compliqués que la plupart des autres capteurs expliqués dans ces tutoriels (comme les photocellules, les FSR et les commutateurs d'inclinaison) car il existe plusieurs variables qui affectent l'entrée et la sortie des capteurs. Pour commencer à expliquer comment fonctionne un capteur de base, nous utiliserons le diagramme plutôt sympa ci-dessous (si quelqu'un sait d'où il provient, faites-le moi savoir).

    Le capteur PIR lui-même comporte deux fentes, chaque fente est faite d'un matériau spécial sensible aux IR. L'objectif utilisé ici ne fait pas vraiment grand-chose et nous voyons donc que les deux fentes peuvent «voir» au-delà d'une certaine distance (essentiellement la sensibilité du capteur). Lorsque le capteur est inactif, les deux fentes détectent la même quantité d'IR, la quantité ambiante rayonnée par la pièce ou les murs ou l'extérieur. Lorsqu'un corps chaud comme un humain ou un animal passe, il intercepte d'abord la moitié du capteur PIR, ce qui provoque un changement différentiel positif entre les deux moitiés. Lorsque le corps chaud quitte la zone de détection, l'inverse se produit, où le capteur génère un changement différentiel négatif. Ces impulsions de changement sont ce qui est détecté.

    Le capteur PIR lui-même

    Le capteur IR lui-même est logé dans une boîte métallique hermétique pour améliorer l'immunité au bruit / température / humidité. Il y a une fenêtre en matériau transmettant les infrarouges (généralement du silicium revêtu car c'est très facile à trouver) qui protège l'élément de détection. Derrière la fenêtre se trouvent les deux capteurs équilibrés.

    Consultez les images pour plus de détails:

    Étape 2: lentilles

    Les capteurs PIR sont plutôt génériques et ne varient pour la plupart qu'en termes de prix et de sensibilité. La plupart de la vraie magie se produit avec l'optique. C'est une assez bonne idée pour la fabrication: le capteur PIR et les circuits sont fixes et coûtent quelques dollars. L'objectif ne coûte que quelques centimes et peut changer très facilement la largeur, la portée et le modèle de détection.

    Dans le diagramme ci-dessus, l'objectif n'est qu'un morceau de plastique, mais cela signifie que la zone de détection n'est que de deux rectangles. Habituellement, nous aimerions avoir une zone de détection beaucoup plus grande. Pour ce faire, nous utilisons un objectif simple comme ceux que l'on trouve dans un appareil photo: ils condensent une grande zone (comme un paysage) en une petite (sur film ou un capteur CCD). Pour des raisons qui apparaîtront bientôt, nous aimerions rendre les lentilles PIR petites et fines et moulables en plastique bon marché, même si cela peut ajouter de la distorsion. Pour cette raison, les capteurs sont en fait des lentilles de Fresnel (voir l'image ci-dessous).

    OK, nous avons donc maintenant une gamme beaucoup plus large. Cependant, rappelez-vous que nous avons en fait deux capteurs, et plus important encore, nous ne voulons pas deux très grands rectangles de zone de détection, mais plutôt une dispersion de plusieurs petites zones. Donc, ce que nous faisons est de diviser la lentille en plusieurs sections, dont chaque section est une lentille de Fresnel.

    Les différents facettes et sous-lentilles créent une gamme de zones de détection, entrelacées les unes avec les autres. C'est pourquoi les centres des lentilles dans les facettes ci-dessus sont `` incohérents '' - tous les autres pointent vers une moitié différente de l'élément de détection PIR

    Étape 3: connexion à votre PIR


    La plupart des modules PIR ont une connexion à 3 broches sur le côté ou en bas. Le brochage peut varier entre les modules, vérifiez donc le brochage! Il est souvent sérigraphié juste à côté de la connexion. Une broche sera mise à la terre, une autre sera signal et la dernière sera alimentation. La puissance est généralement entrée 3-5VDC mais peut être aussi élevée que 12V. Parfois, les modules plus grands n'ont pas de sortie directe et opèrent simplement un relais, auquel cas il y a la masse, l'alimentation et les deux connexions de commutation.

    La sortie de certains relais peut être à «collecteur ouvert» - cela signifie qu'elle nécessite une résistance de rappel. Si vous n'obtenez pas de sortie variable, assurez-vous d'essayer de fixer un pullup de 10K entre le signal et les broches d'alimentation.

    Un moyen facile de prototypage avec des capteurs PIR est de le connecter à une maquette car le port de connexion est espacé de 0, 1 ". Certains PIR sont déjà équipés d'un en-tête, ceux d'Adafruit ne le font généralement pas, comme d'habitude, l'en-tête est inutile à brancher sur un planche à pain.

    En soudant dans un en-tête à angle droit de 0, 1 ", un PIR s'installe facilement dans une planche à pain!

    Étape 4: tester votre PIR


    Une fois que votre PIR est câblé, c'est une bonne idée de faire un test simple pour vérifier qu'il fonctionne comme vous l'attendez. Ce test est également bon pour les tests de portée. Connectez simplement 3-4 piles alcalines (assurez-vous que vous avez plus de 3, 5 V CC mais moins de 6 V en vérifiant avec votre multimètre!) Et connectez la masse à la broche - de votre PIR. L'alimentation passe à la broche +. Ensuite, connectez une LED rouge de base (les LED rouges ont des tensions directes inférieures à celles du vert ou du bleu afin qu'elles fonctionnent mieux avec seulement la sortie 3, 3 V) et une résistance de 220 ohms (toute valeur de 100 ohms à 1, 0 K ohm fera l'affaire) à la sortie broche comme indiqué. Bien sûr, la LED et la résistance peuvent permuter les emplacements tant que la LED est orientée vers la connexion et se connecte entre la sortie et la masse

    Maintenant, lorsque le PIR détecte un mouvement, la broche de sortie passe à "haute" à 3, 3 V et allume la LED!

    Une fois que la planche à pain est branchée, insérez les piles et attendez 30 à 60 secondes pour que le PIR se "stabilise". Pendant ce temps, la LED peut clignoter un peu. Attendez que la LED soit éteinte puis déplacez-vous devant elle, en agitant une main, etc., pour voir la LED s'allumer!

    Étape 5: redéclenchement

    Une fois que la LED clignote, regardez à l'arrière du capteur PIR et assurez-vous que le cavalier est placé en position L comme indiqué ci-dessous.

    Configurez à nouveau le tableau de test. Vous pouvez remarquer que lors de la connexion du capteur PIR comme ci-dessus, la LED ne reste pas allumée lorsque vous vous déplacez devant elle, mais s'allume et s'éteint toutes les secondes environ. C'est ce qu'on appelle "non-redéclenchement".

    Maintenant, changez le cavalier pour qu'il soit en position H. Si vous configurez le test, vous remarquerez que maintenant la LED reste allumée tout le temps que quelque chose bouge. Cela s'appelle "redéclencher"

    Pour la plupart des applications, le mode "redéclenchement" (cavalier en position H) est un peu plus agréable. Si vous devez connecter le capteur à un élément déclenché par les bords, vous devrez le régler sur "sans redéclenchement" (cavalier en position L).

    Étape 6: modification du temps d'impulsion et de la durée de temporisation

    Il existe deux «temporisations» associées au capteur PIR. L'un est le délai d'attente "Tx" : combien de temps la LED est allumée après avoir détecté un mouvement. Le second est le timeout "Ti" qui est la durée pendant laquelle la LED est éteinte en l'absence de mouvement. Celles-ci ne sont pas faciles à changer, mais si vous êtes à portée de main avec une soudure, c'est raisonnable.

    Tout d'abord, jetons un coup d'œil à la fiche technique BISS (voir l'image ci-dessous)

    Déterminer R10 et R9 n'est pas trop difficile. Malheureusement, ce capteur PIR ci-dessous est mal étiqueté (il semble qu'il ait échangé R9 R17). Vous pouvez tracer les broches en consultant la fiche technique BISS001 et en déterminant de quelles broches il s'agit - R10 se connecte à la broche 3 et R9 se connecte à la broche 7. les condensateurs sont un peu plus difficiles à déterminer, mais vous pouvez les `` rétroconcevoir '' à partir du moment le capteur et la résolution!

    Pour le capteur dans la boutique Adafruit:

    Tx est = 24576 * R10 * C6 = ~ 1, 2 seconde
    R10 = 4, 7 K et C6 = 10 nF

    Également,

    Ti = 24 * R9 * C7 = ~ 1, 2 seconde
    R9 = 470K et C7 = 0, 1 uF

    Vous pouvez modifier la synchronisation en échangeant différentes résistances ou condensateurs. Pour un joli tutoriel à ce sujet, consultez la page de piratage PIR de Keith

    Étape 7: Exemples de projets


    Un champignon Mario qui chante et clignote sur USB (il y a une vidéo sur le site!)


    Parapluies de pluie


    Test d'un capteur PIR pour l'interfaçage avec Max / MSP pour un jardin interactif


    Un système de sécurité fait maison utilisant des capteurs PIR (qui est intégré dans un panneau Start Trek!)


    Capteur PIR + Arduino + Servo = porte automatique pour chat!

    Un déclencheur de caméra à distance basé sur PIR (également par Lucky Larry!)

    Étape 8: Lecture des capteurs PIR

    La connexion de capteurs PIR à un microcontrôleur est vraiment simple. Le PIR agit comme une sortie numérique donc tout ce que vous avez à faire est d'écouter la broche pour basculer haut (détecté) ou bas (non détecté).

    Il est probable que vous souhaitiez redéclencher, alors assurez-vous de mettre le cavalier en position H !

    Alimentez le PIR avec 5V et connectez la terre à la terre. Connectez ensuite la sortie à une broche numérique. Dans cet exemple, nous utiliserons la broche 2.

    Le code est très simple et permet simplement de savoir si l'entrée de la broche 2 est haute ou basse. Il suit également l'état de la broche, de sorte qu'il imprime un message lorsque le mouvement a commencé et s'est arrêté:

    / * Testeur de capteur PIR * /

    int ledPin = 13; // choisissez la broche pour la LED
    int inputPin = 2; // choisissez la broche d'entrée (pour capteur PIR)
    int pirState = LOW; // nous commençons, en supposant qu'aucun mouvement n'a été détecté
    int val = 0; // variable pour lire l'état des broches

    void setup() {
    pinMode (ledPin, OUTPUT); // déclare la LED comme sortie
    pinMode (inputPin, INPUT); // déclare le capteur comme entrée

    Serial.begin (9600);
    }

    boucle vide () {
    val = digitalRead (inputPin); // lire la valeur d'entrée
    if (val == HIGH) {// vérifier si l'entrée est HIGH
    digitalWrite (ledPin, HIGH); // allume la LED
    if (pirState == LOW) {
    // on vient d'allumer
    Serial.println ("Mouvement détecté!");
    // Nous voulons seulement imprimer sur le changement de sortie, pas déclarer
    pirState = HIGH;
    }
    } autre {
    digitalWrite (ledPin, LOW); // éteindre la LED
    if (pirState == HIGH) {
    // nous venons de fermer
    Serial.println ("Motion terminée!");
    // Nous voulons seulement imprimer sur le changement de sortie, pas déclarer
    pirState = LOW;
    }
    }
    }

    N'oubliez pas qu'il y a des moments où vous n'avez pas besoin d'un microcontrôleur. Un capteur PIR peut être connecté à un relais (peut-être avec un tampon transistor) sans micro!

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