Инфракрасный датчик движения HC SR501

Оглавление статьи: Инфракрасный датчик движения HC SR501
Содержание

Мы живем в условиях, когда тарифы на электроэнергию постоянно повышаются. И кто из нас не сталкивался с ситуацией, когда управляющие компании, чтобы сэкономить на освещении лестничных клеток, просто не вкручивают лампы накаливания. В этой статье пойдет речь о недорогом и доступном датчике движения hc sr501 — он позволит сэкономить электроэнергию. И о том, что собрать на его основе устройство, которое автоматически будет включать освещение на лестничной площадке, совсем не сложно и доступно каждому.

Область применения

Кроме автоматического включения света и экономии электроэнергии датчик hc sr501 будет выполнять и другие задачи.

С небольшими доработками можно получить устройства, которые могут:

  • автоматически включать, например, вентилятор, если в комнату зашли люди. Вентилятор сам отключится, если «увидит» что в комнате человека нет;
  • в частном доме в ночное время будут включаться светильники и освещать дорожки в саду;Датчик движения
  • включать свет только над вашей дверью;
  • если установить светодиодную ленту, будет включаться подсветка только ступеней лестницы;
  • управлять светом в подсобных помещениях, где свет нужен на короткий промежуток времени (кладовка, гараж, подвал, погреб).

А кому не знакома ситуация когда просыпаешься ночью и нужно найти выключатель и включить свет. Это устройство сможет это сделать за вас автоматически.

Также никогда не будет лишним дополнительный элемент безопасности в общей охранной системе:

  1. Если обнаружится присутствие человека и его движение, включится тревога. Дополнительно владельцу помещения отправиться СМС.СМС на телефон
  2. Параллельно включатся устройства фото и видеозаписи.
  3. Для нарушителей частной собственности включится звуковое оповещение.
  4. Если установить в помещении скрытые микрофоны, в момент вторжения будет идти скрытая голосовая запись.

Это только примерный перечень того что можно сделать с таким «простым» устройством как hc sr501.

Конечно, уже есть и другие охранные системы, которые могут обнаружить движение. Например, комплекс компьютерного зрения. Он может распознать не только сам объект, но и рассчитать траекторию его движения.

объект

Или лазерные детекторы. При пересечении лазерного луча срабатывает общая охранная сигнализация.

общая охранная сигнализация

Как действует HC SR501

Весь принцип действия основан на способности пироэлектриков создавать электрическое поле, если их температура изменится.

На этой особенности реализован выпуск в промышленном масштабе датчиков измерения температуры, такие как LHI778 или IRA-E700. В них используется пара чувствительных элементов размером 1×2 мм с противоположной направленностью. На их основе собственно и построено устройство, которое способно детектировать движение.

принцип действия

Пироэлектрическое устройство по-другому называется — PIR (Passive Infrared) датчик. По-русски звучит как «пассивный инфракрасный» датчик.

Почему пассивный? Сам датчик ничего не излучает, но способен принимать излучение в инфракрасном диапазоне. За счёт этого свойства — только принимать — такие устройства очень экономичны в плане потребления электроэнергии.

Так как любой живой объект излучает тепло, он хорошо виден в инфракрасном диапазоне. Современные бинокли оборудованные «ночным зрением» прекрасно видят и обнаруживают присутствие живых существ, которые излучают инфракрасные волны. То есть любое живое существо не останется незамеченным таким датчиком, конечно если попадёт в зону его действия.

бинокль

В измерителе движения HC SR501 как раз и установлен такой пироэлектрический элемент.

Над датчиком установлена линза в форме полусферы с множеством сегментов.

линза

Собственно, эти маленькие линзы передают тепловое излучение на ПИР-датчик.

Этот оптический элемент правильно будет называть «линзой Френеля». Выполняется из пластика в виде купола из множества линз Френеля.

Для человеческого зрения пластик, из которого и сделан купол, матовый. Но для инфракрасного света он на сто процентов прозрачен. Вследствие этого сам материал линзы — своего рода фильтр.

Как работает такой датчик

Разберем его работу наглядно.

Как работает

Допустим, такой измеритель работает в пустой комнате. Естественно, что поступающее на него излучение постоянно, соответственно и напряжение на выходе тоже постоянно (рисунок слева).

Если в зоне действия первого элемента попадает инфракрасное излучение от человека, на этом элементе возникнет положительный электрический всплеск (центральный рисунок).

Человек продолжает движение — его термический фон, преломляясь через линзы Френеля, оказывается на следующем PIR-элементе. Как видно из схемы, второй компонент вырабатывает уже отрицательный всплеск (правый рисунок).

Теперь в работу включается микросхема. Она регистрирует эти два разнонаправленных импульса и таким образом «понимает», что в поле действия датчика попал человек.

Настройка HC-SR501

HC-SR501 — самый бюджетный преобразователь PIR- сигнала. Он полностью автономен и способен действовать как самостоятельно, так и в паре с микроконтроллером.

Имеет настройку чувствительности. Диапазон срабатывания регулируется на расстояния от 3 до 7 метров.

Также есть настройка времени действия — от 3 секунд до пяти минут.

настройка

Для этого на плате есть пара переменных резисторов. Первый отвечает за чувствительность устройства, то есть чем она выше, тем дальше может «видеть» датчик. Параллельно по чувствительности можно откорректировать распознавание в зоне срабатывания. Так измеритель не включит освещение, если в зону действия попала кошка или собака.

Другим переменным резистором можно «накрутить» время срабатывания, если обнаружено движение.

перемычка

На плате есть еще один элемент управления датчиком обнаружения — перемычка.

Режимы

Если «включен» контакт L — устройство ведет отсчет времени действия от самого первого срабатывания.

Поясним на примере. Если датчиком управляется свет на кухне. Человек попадая в комнату, вызовет включение устройства ровно на определенный промежуток времени. То есть если вы сидите за столом и не двигаетесь — свет потухнет, скажем, через три минуты. Датчик не работает и вернется в исходное состояние в ожидании следующего сигнала.

Если перемычку перекинуть к контакту H — датчик срабатывает, но каждое движение человека активизирует сброс таймера и отсчет времени начнется заново. И так по кругу — пока человек будет находиться в зоне действия устройства.

Использовать это устройство можно и вместо выключателя света в прихожей. Это будет совсем не лишним, если вы торопитесь и, уходя из дома, забываете выключить свет.

Изначально вся плата настроена на состояние Н.

На фото снизу указаны места подключения:

места подключения

  • общего провода (GND);
  • сигнала о включении устройства (OUT 3.5 B);
  • питания (VCC 5–12 В).

В плате для PIR-сенсора присутствует микросхема BISS0001.

BISS0001

На рисунке снизу указана и цоколевка микросхемы.

цоколевка микросхемы

Понять работу всего устройства поможет принципиальная схема измерителя движения HC-SR501:

принципиальная схема

На схеме видно, что устройство можно улучшить, если припаять фоторезистор GL5506.

На рисунке выделены места для подключения дополнительных элементов:

  • фоторезистора;
  • терморезистора.

Место, куда определять фоторезистор, подписано на плате как RL.

фоторезистор

Место подключения — или напрямую на плату, или при помощи штыревого разъёма. Основное условие, чтобы фотоэлемент не был прикрыт от попадания света из комнаты.

На нижнем рисунке фоторезистор припаян с обратной стороны платы.

фоторезистор припаян с обратной стороны платы

После того, как установлен фоторезистор плату нужно включить. На калибровку датчика hc -SR501 уйдет некоторое время.

Если в комнате горит свет, то ничего не случится. И это правильно. Фоторезистор просто не даст запуститься датчику в светлое время суток или если в комнате уже горит свет.

Теперь всё устройство будет срабатывать при условии, если в помещении будет темно.

Данные модуля HC-SR501:

Данные модуля HC-SR501

Четыре вида подключения

Вообще говоря, область применения таких устройств не ограничивается лишь управлением освещения. Современная промышленность наладила выпуск инфракрасных контроллеров движения. Они находят свое применение, как в быту, так и на производстве в охранном режиме, а также в области автоматизации разных процессов.

Датчики перемещения HC-SR501 можно приобрести уже в виде готового комплекта или заказать на торговых площадках типа eBay или Aliexpress как комплект для самостоятельной сборки.

Осталось выбрать способ соединений датчика.

1-й вариант

Для начала приведем пример подключения к постоянному току с помощью зарядного устройства для смартфонов с блоком питания 5–10 В. Для работы измерителя движения HC-SR501 нужно питание 4.5–20 В постоянного тока.

На рисунке изображен вариант с подключением светодиодной ленты с ее собственным блоком питания. Кстати, ленту можно заменить, например, на электропривод.

подключение светодиодной ленты

2-й вариант

Теперь рассмотрим пример работы под нагрузкой в 220 вольт.

Смотрим на схему. Пунктирной линией выделен бестрансформаторный блок питания. Вместо него подключим, например, обыкновенный зарядник от смартфонов 220 В-USB. На схеме реле работает от 5-вольтовой катушки. Купить его не представляет большой сложности — продается в большинстве магазинов электроники.

бестрансформаторный блок питания

3-й вариант

Более «продвинутое» применение контроллера перемещения hc sr501 — в паре с платой Arduino.

К выводу OUT на плате датчика делается подключение к цифровому пину Arduino. Программируем пин как выход, и через транзистор подключаемся, например, как на схеме, звуковому динамику. Перемычка на плате должна стоять в положении L — однократное срабатывание.

По наличию движения в помещении он будет подавать звуковой сигнал. Что важно — возможности такой схемы расширятся за счет программы загруженной в микропроцессор.

в паре с платой Arduino

Собственно говоря, почему в схеме работы применили Arduino?

Всё дело в том, эта платформа электронных приборов, некое подобие конструктора LEGO для новичков. На его основе можно легко собрать разнообразные устройства. К тому же на сайте компании можно найти качественное описание того, как с ней работать. Платформа находит много поклонников среди радиомастеров по всему миру, благодаря своей простоте и понятному языку программирования.

платформа

Вот так выглядит наглядный вариант подключения датчика движения в паре с модулем Arduino для освещения коридора.

подключения датчика движения в паре с модулем Arduino

Или:

Схема

Программа

Комплекс Адруино тем и хорош, что его работу можно контролировать самостоятельно.

Для этого нужно написать программу, таким образом, чтобы при срабатывании датчика включалось реле, которое управляет включением света в комнате.

программа

Записанный алгоритм работы надо загрузить на Ардуино и подключить всю схему к сети на 220 В. Потом проверяется работа всего устройства.

Вариант 4 HC-SR501 и Arduino

Понятно, что плата преобразователя HC-SR501 — независимое устройство. Но если к нему добавить контроллер Arduino UNO R3, то можно уже контролировать и управлять временем включения и периодом сброса.

Таким образом, точность работы схемы, которая управляет автоматическим включением света, повышается.

Мало того. К плате Arduino UNO R3 можно подсоединить сразу несколько подобных HC-SR501. Иначе говоря, одновременно может быть отслежена активность в разных местах. Например, на междуэтажных площадках.

междуэтажная площадка

Для индикации работы HC-SR501 можно вывести, например, три светодиода: красный, желтый и зеленый.

Если горит красный светодиод — устройство находится в положении покоя и не видит в поле своего зрения объекта с инфракрасным излучением. Попросту в зоне приема нет человека.

Желтый светодиод свидетельствует о том, что в зону выявления вошел человек.

Зелёный — загорается вместе с датчиком HC-SR501.

Схема подключения:

Схема подключения

На плате датчика необходимо поменять перемычку в положение L.

Заключение

Из этого небольшого обзора видно, что и измеритель движения hc sr501и его аналоги могут работать как по своему прямому назначению, так и в паре с другими сложными приборами на основе микроконтроллера. Освещение, сигнализация, автоматическое открытие дверей и множество других задач позволит реализовать этот датчик, все ограничивается лишь вашим воображением.

Видео по теме

Хорошая реклама

Добавить комментарий Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *