Scheda tecnica del sensore PIR, specifiche dei piedini, funzionamento

In questo post esploreremo la scheda tecnica del PIR o sensore radiale a infrarossi piroelettrico HC-SR501. Capiremo per quale scopo viene utilizzato il sensore PIR? Le sue operazioni di trigger di base, i dettagli sulla connessione dei pin, le specifiche tecniche e infine esamineremo alcune applicazioni della vita reale.

Inizieremo comprendendo l'effettiva unità sensore PIR che è installata all'interno moduli PIR standard e apprenderne le caratteristiche interne, i dettagli di pinout e i dettagli di funzionamento interni.

Cos'è un sensore PIR?

PIR è l'acronimo di Pyroelectic Infrared Radial Sensor o Passive Infrared Sensor. Il PIR è un sensore elettronico che rileva i cambiamenti nella luce infrarossa su una certa distanza ed emette un segnale elettrico alla sua uscita in risposta a un segnale IR rilevato. È in grado di rilevare qualsiasi oggetto che emette infrarossi come esseri umani o animali se si trova nel raggio di azione del sensore, o si allontana dal raggio di azione o si muove all'interno del raggio del sensore.
Il modulo sensore PIR può essere diviso in due parti: un cristallo sensibile agli infrarossi e il circuito di elaborazione.

Illustrazione del cristallo sensibile al PIR:

La parte scura del metallo in cui è alloggiato il cristallo sensibile agli IR, il cristallo sensibile può rilevare il livello degli infrarossi nell'ambiente circostante. In realtà ospita due sensori pirelettici per il rilevamento di oggetti in movimento. Se uno dei cristalli sensibili rileva un cambiamento nell'infrarosso (incremento o decremento) rispetto all'altro cristallo sensibile, l'uscita viene attivata.

Una struttura in plastica a forma di cupola è normalmente posta sopra questo cristallo sensibile che funge da lente per focalizzare la luce infrarossa sui sensori.

Come funziona il PIR

L'operazione di rilevamento di un sensore a infrarossi piroelettrico si basa sulla proprietà o caratteristica che diventa responsabile dell'alterazione della polarizzazione del suo materiale in risposta ai cambiamenti di temperatura.

Questi sensori utilizzano un doppio o una coppia di elementi di rilevamento per rilevare i segnali IR in due fasi, il che garantisce un rilevamento infallibile annullando le variazioni di temperatura indesiderate all'interno dello stadio EMI esistente. Questo processo di rilevamento in due fasi migliora la stabilità complessiva del sensore e aiuta a rilevare i segnali IR solo dalla presenza umana.

Quando un essere umano o una sorgente IR rilevante si sposta davanti a un sensore PIR, la radiazione taglia la coppia di elementi di rilevamento in modo alternativo, attivando l'uscita per generare una coppia di impulsi ON / OFF o alti e bassi, come illustrato nella seguente forma d'onda:

La seguente simulazione Gif approssimativa mostra come un sensore PIR risponde a un essere umano in movimento e sviluppa un paio di brevi impulsi acuti attraverso i suoi cavi di uscita per l'elaborazione richiesta o l'attivazione di uno stadio relè opportunamente configurato

Layout interno di un PIR

La figura seguente mostra il layout interno o la configurazione all'interno di un sensore PIR standard.

A sinistra possiamo vedere una coppia di elementi di rilevamento IR collegati in serie. L'estremità superiore di questa serie è collegata al gate di un FET integrato che funge da piccolo amplificatore di segnale IR. Il resistore pull down Rg fornisce la logica zero di standby richiesta al FET per assicurarsi che rimanga completamente spento in assenza di un segnale IR.

Quando un segnale IR in movimento viene rilevato dalla coppia di elementi di rilevamento, genera una coppia corrispondente di segnali logici alto e basso come discusso sopra:

Questi impulsi vengono opportunamente amplificati dal FET e replicati sul suo pin di uscita per un'ulteriore elaborazione da parte di un circuito collegato.

Gli stadi EMI associati insieme al condensatore forniscono una filtrazione extra al processo, al fine di produrre un set pulito di impulsi sul pin di uscita indicato del PIR.

Configurazione di prova per il sensore PIR

L'immagine seguente mostra una configurazione di prova del sensore PIR standard. L'uscita e i pin Vss (pin negativo) del PIR sono collegati con un resistore pull down esterno, il pin Vdd è fornito con un'alimentazione a 5V.

Un corpo nero di cancelleria genera la radiazione infrarossa equivalente richiesta per il sensore PIR attraverso un meccanismo chopper. La piastra del tritatutto taglia alternativamente i segnali IR imitando un bersaglio IR in movimento.

Questo segnale IR tagliato colpisce il sensore PIR generando gli impulsi specificati attraverso il suo pin di uscita, che viene opportunamente amplificato attraverso un opamp per l'analisi su un oscilloscopio.

Di seguito sono riportate le condizioni di prova ideali per la configurazione di cui sopra:

Bilanciamento dell'uscita dell'elemento sensibile

Poiché nei PIR viene impiegato un doppio meccanismo di rilevamento, diventa necessario garantire che l'elaborazione attraverso la coppia di lenti sia correttamente bilanciata.

Gli elementi sensibili vengono testati e opportunamente configurati valutando la rispettiva tensione di uscita a segnale singolo (SSOV) attraverso la seguente formula:

Bilancia: | Va - Vb | / (Va + Vb) x 100%
Dove, Va = Sensibilità del lato A (mV da picco a picco)
Vb = Sensibilità lato B (mV da picco a picco)

Specifiche principali

Le principali specifiche tecniche e parametri dimensionali di un sensore PIR possono essere appresi dai seguenti dettagli:

Utilizzo dei moduli PIR Inside

Oggi troverai moduli PIR con un sensore PIR integrato con un circuito di elaborazione specializzato e una lente. Ciò migliora le prestazioni del PIR molte volte e consente all'utente finale di ottenere un output ottimizzato e amplificato ben definito dal modulo.

Questa uscita ora deve essere configurata solo con uno stadio a relè per la commutazione ON / OFF richiesta di un carico in risposta a una presenza umana attraverso la zona stabilita.

Il circuito all'interno dei moduli standard è costituito da IC BISS0001 che è specificamente progettato per applicazioni di rilevamento del movimento. Sono fornite due manopole, una per regolare la sensibilità del modulo e un'altra per regolare la durata del tempo per quanto tempo l'uscita deve rimanere ALTA dopo che il modulo è stato attivato.

Ora esaminiamo i dettagli tecnici del sensore PIR HC-SR501.

Tensione di esercizio:

L'HC-SR501 va da 5 V a 20 V, il che offre una grande flessibilità per i progettisti di circuiti.

Consumo attuale:

L'HC-SR501 è un dispositivo adatto alla batteria, il suo consumo di corrente è di 65 mA quando rileva un cambiamento nella luce IR.

Tensione di uscita:

Quando il modulo rileva un movimento di infrarossi, l'uscita diventa ALTA a 3,3 V, se il modulo non rileva alcun movimento diventa BASSA o 0 V dopo un periodo fisso.

Ritardo:

Viene fornita una manopola per regolare il tempo in cui l'uscita deve rimanere ALTA dopo aver rilevato l'IR. Questo periodo di tempo può essere regolato da 5 secondi a 5 minuti.

Gamma di sensibilità:

L'angolo dell'area di rilevamento è di circa 110 gradi cono. Viene fornita una manopola per regolare la sensibilità che possiamo variare da 3 metri a 7 metri perpendicolarmente al senor. La sensibilità si riduce quando ci spostiamo su entrambi i lati del sensore.

Temperatura di esercizio:

L'HC-SR501 ha una temperatura operativa impressionante che va da -15 a +70 gradi Celsius.

Corrente di riposo:

La corrente di riposo è la corrente assorbita dall'alimentazione, quando il sensore non rileva alcun movimento o quando è inattivo. Consuma meno di 50 uA, il che rende la batteria del sensore compatibile.

Piedinatura PIR e modalità di trigger

Modalità trigger:

Il modulo PIR ha due modalità di trigger: modalità trigger singolo / non ripetibile e trigger ripetuto. È possibile accedere a queste due modalità modificando la posizione del jumper indicata nel modulo.

Modalità trigger singolo / modalità non ripetizione:

Quando il sensore PIR è impostato in modalità trigger singolo (e la manopola del timer / tempo di ritardo è impostato per 5 secondi (diciamo)), quando viene rilevata una persona, l'uscita diventa ALTA per 5 secondi e diventa BASSA.

Modalità ripetizione trigger:

Quando il sensore PIR è impostato in modalità di attivazione ripetuta, quando viene rilevato un essere umano l'uscita diventa ALTA il timer conta per 5 secondi, ma quando viene rilevato un altro essere umano in quei 5 secondi il timer si azzera e conta altri 5 secondi dopo il 2 ° umano viene rilevato.

Tempo di blocco:

Il tempo di blocco è l'intervallo di tempo in cui il sensore è disabilitato o non rileverà il movimento. Il tempo di blocco per HC-

SR501 è di 3 secondi per impostazione predefinita.

Ciò si verifica dopo il tempo di ritardo (che è stato impostato dalla manopola del timer) l'uscita diventa BASSA per 3 secondi durante questo intervallo non verrà rilevato alcun movimento. Dopo 3 secondi (BASSO) il sensore sarà nuovamente pronto a rilevare il movimento.
In altre parole, quando il sensore rileva un movimento l'uscita diventa ALTA, l'uscita rimane ALTA come da manopola del timer (diciamo 5 secondi), dopo 5 secondi il sensore PIR diventa BASSO, il segnale BASSO rimarrà per 3 secondi indipendentemente dal nuovo movimento se presente.

Dimensioni del modulo:

Il sensore è abbastanza compatto da nascondersi alla vista delle persone in modo da non influire sulle decorazioni, ecc. Misura 32 mm x 24 mm.

Dimensione della lente:

La struttura a cupola bianca che racchiude il sensore piroelettrico è chiamata lenti di Fresnel, che aumentano il raggio di rilevamento e appare opaca. Misura 23 mm di diametro.

Applicazioni:

• Sistemi di sicurezza.
• Luci automatiche.
• Controllo automa industriale.
• Porte automatiche.

Puoi trovare alcuni dei progetti che utilizzano il sensore PIR in questo sito.

Tipico circuito del modulo PIR

Per gli appassionati che intendono costruire il modulo PIR completo insieme al sensore e a un amplificatore a tutti gli effetti, il seguente schema standard può essere impiegato e utilizzato per qualsiasi attivazione di applicazioni basate su sensori PIR rilevanti.

Hai ulteriori dubbi o domande? Sentiti libero di metterli avanti attraverso la casella dei commenti qui sotto