Обзор инфракрасного датчика движения HC-SR501
Автор: Сергей · Опубликовано 12.08.2016 · Обновлено 13.04.2020
В этой статье расскажу как работать с датчиком HC-SR501 (PIR сенсор). Датчик является недорогим и универсальным, его можно использовать как отдельно или со вместо с микрокомпьютером для создание различных проектах (системах охранной сигнализации или автоматизированных системах освещения)
Технические характеристики
Любой человек или животное с температурой выше нуля испускает тепловую энергию в виде излучения. Это излучение не видно человеческому глазу, потому что оно излучается на инфракрасных волн, ниже спектра, который люди могут видеть. Измерение этой энергии, не то же самое, что измерять температуру. Так как температура зависит от теплопроводности, поэтому, когда человек входит в комнату, он не может мгновенно изменить температуру в помещении. Однако есть уникальная инфракрасное излучение из-за температуры тела и которую ищет PIR датчик.
Принцип работы инфракрасного датчика движения HC-SR501 прост, при включении, датчик настраивается на «Нормальную» инфракрасное излучение в пределах своей зоны обнаружения. Затем он ищет изменения, например человек прошел или переместился в пределах контролируемой зоны. Для определения инфракрасного излечение детектор использует пироэлектрический датчик. Это устройство, которое генерирует электрический ток в ответ на прием инфракрасного излучения. Поскольку датчик не излучает сигнал (например, ранее упомянутый ультразвуковой датчик), его наказывают «пассивным». Когда обнаружено изменение, датчик HC-SR501 изменяет выходной сигнал.
Для повышения чувствительности и эффективности датчика HC-SR501 используется метод фокусировки инфракрасного излечения на устройство, достигается, это с помощью «Линзы Френеля». Линза выполнен из пластика и выполнена в виде купола и фактически состоит из нескольких небольших линз Френеля. Хоть пластик и полупрозрачен для человека, но на самом деле полностью прозрачен для инфракрасного света, поэтому он также служит в качестве фильтра.
HC-SR501 — недорогой датчик PIR, который полностью автономный, способный работать сам по себе или в сопряжении с микроконтроллером. Датчик имеет регулировку чувствительности, которая позволяет определять движение от 3 до 7 метров, а его выход можно настроить так, чтобы он оставался высоким в течение времени от 3 секунд до 5 минут. Так же, датчике имеет встроенный стабилизатор напряжения, поэтому он может питаться от постоянного напряжения от 4,5 до 20 вольт и потребляет небольшое количество тока. HC-SR501 имеет 3-контактный разъем, назначение следующие:
Назначение выводов
► VCC — положительное напряжение постоянного тока от 4,5 до 20 В постоянного тока.
► OUTPUT — логический выход на 3,3 вольта. LOW не указывает на обнаружение, HIGH означает, что кто-то был обнаружен.
► GND — заземление.
На плате также установлены два потенциометра для настройки нескольких параметров:
► SENSITIVITY — устанавливает максимальное и минимальное расстояние (от 3 метров до 7 метров).
► TIME (ВРЕМЯ) — время, в течение которого выход будет оставаться HIGH после обнаружения. Как минимум, 3 секунды, максимум 300 секунд или 5 минут.
Назначение перемычек:
► H — это настройка Hold или Repeat. В этом положении HC-SR501 будет продолжать выдавать сигнал HIGH, пока он продолжает обнаруживать движение.
► L — Это параметр прерывания или без повтора. В этом положении выход будет оставаться HIGH в течение периода, установленного настройкой потенциометра TIME.
На плате HC-SR501 имеются дополнительные отверстия для двух компонентов, рядом расположена маркировка, посмотреть на нее можно сняв линзу Френеля.
Назначение дополнительных отверстий:
► RT — это предназначено для термистора или чувствительного к температуре резистора. Добавление этого позволяет использовать HC-SR501 в экстремальных температурах, а также в некоторой степени повышает точность работы детектора.
► RL — это соединение для светозависимого резистора или фоторезистора. Добавляя компонент, HC-SR501 будет работать только в темноте, что является общим приложением для чувствительных к движению систем освещения.
Пример №1: HC-SR501 как самостоятельное устройство.
Необходимые детали:
► Датчика движения HC-SR501 x 1 шт.
► Модуль реле (1-но канальный) x 1 шт.
► Транзистор 2SC1213 x 1 шт.
► Лампа на 220V (75W) с патроном x 1 шт.
► Источник питания на 5V x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
Подключение:
При включение HC-SR501 требуется калибровка, занимает от 30 до 60 секунд, так-же датчик имеет период «перезагрузки» около 6 секунд (после срабатывания), за это время он не реагирует на движения. В этом примере используем HC-SR501 и модуль реле (1-но канальный), а так же NPN транзистор (в примере используется 2SC1213). Питание датчика HC-SR501 осуществляется от 5 В, поскольку, это же питание требуется и реле, а в качестве нагрузки используется лампа на 220В. Так-как выходной сигнал HC-SR501 слабый (на практике хватает только чтобы зажечь светодиод), один из вариантов, можно применить любой биполярный NPN транзистор.
Внимание! Соблюдайте технику безопасность и будьте аккуратно!
Работа этой схемы очень проста, после включения и калибровка, датчик начинает считывать показания. При обнаружении движения, датчик меняет значение на выводе «OUT».
Пример №2: HC-SR501 добавление фоторезистора
Необходимые детали:
► Датчика движения HC-SR501 x 1 шт.
► Модуль реле (1-но канальный) x 1 шт.
► Транзистор 2SC1213 x 1 шт.
► Лампа на 220V (75W) с патроном x 1 шт.
► Источник питания на 5V x 1 шт.
► Фоторезистор x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
Подключение:
В следующим примере используем туже схему, что и примере №1, только добавили фоторезистор. Место для установки фоторезистора расположено рядом с выходным разъемом, обозначение на плате как «RL». Можно припаять напрямую на плату или воспользоватся штыревым разъемом, для удобного подключения Dupont провода. Главное, чтобы фоторезистор не был закрыт от естественного освещения комнаты, а так же был защищен от света лампы, которую используем как нагрузку. На рисунке ниже показано, куда устанавливать фоторезистор.
Как только установили фоторезистор, включите схему и немного подождите, пока датчик HC-SR501 от калибруется. Если все правильно подключено (и в помещении включен свет), ничего не произойдет, фоторезистор предотвращает запуск HC-SR501 при освещенной комнаты. Теперь выключим свет и HC-SR501 будет запускаться всякий раз, когда он замечает активность.
Пример №3: HC-SR501 и Arduino
Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Датчика движения HC-SR501 x 1 шт.
► Светодиоды 5 мм x 3 шт.
► Резистор 0,125W, 320Om x 3 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
Подключение:
Хотя датчик HC-SR501 и самостоятельное устройство, его можно подключить к выводу микроконтроллера. В примере используем контроллер Arduino UNO R3, в котором можем учесть время включения и период сброса. Таким образом, устройство может быть более точным, так как вы не будете пытаться воспринимать движение вперед, когда датчик не готов. Так же, можно подключить несколько датчиков HC-SR501 к Arduino, что позволит позволит отслеживать движение в разных местах.
В следующем примере, мы подключим один HC-SR501 к Arduino в качестве индикации воспользуемся тремя светодиодами, каждый из который отображения состояния датчика :
- Красный светодиод — этот светодиод указывает, что датчик не готов.
- Желтый светодиод — этот светодиод указывает, что датчик готов к обнаружению движения.
- Зеленый светодиод — этот светодиод горит в течение 3 секунд при срабатывании датчика. Вместо светодиода, можно управлять внешним выходом (например, модулем реле, который мы использовали ранее).
Схема подключения:
Перемычка на HC-SR501 необходимо установить в положение «L», а так-же необходимо установить время на минимум (5 секунд), для этого поверните потенциометр в лева до упора. Теперь, когда вы все подключились, необходимо загрузить скетч.
Инфракрасный датчик движения HC SR501
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;
- включать свет только над вашей дверью;
- если установить светодиодную ленту, будет включаться подсветка только ступеней лестницы: читайте подробнее о том как может быть сделана автоматическая подсветка 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:
- Если обнаружится присутствие человека и его движение, включится тревога. Дополнительно владельцу помещения отправиться СМС.
- Параллельно включатся устройства фото и видеозаписи.
- Для нарушителей частной собственности включится звуковое оповещение.
- 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.
Или лазерные детекторы. При пересечении лазерного луча срабатывает общая охранная сигнализация.
Рекомендуем прочитать подробную инструкцию как использовать датчик движения для светодиодной ленты в том числе и HC SR501.
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.
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.
В измерителе движения HC SR501 как раз и установлен такой пироэлектрический элемент.
Над датчиком установлена линза в форме полусферы с множеством сегментов.
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.
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.
Где купить датчики движения
Приобрести датчики можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:
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.
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.
На плате есть еще один элемент управления датчиком обнаружения — перемычка.
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:
- общего провода (GND);
- сигнала о включении устройства (OUT 3.5 B);
- питания (VCC 5–12 В).
В плате для PIR-сенсора присутствует микросхема BISS0001.
На рисунке снизу указана и цоколевка микросхемы.
Понять работу всего устройства поможет принципиальная схема измерителя движения HC-SR501:
На схеме видно, что устройство можно улучшить, если припаять фоторезистор GL5506.
На рисунке выделены места для подключения дополнительных элементов:
Место, куда определять фоторезистор, подписано на плате как RL.
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.
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:
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.
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.
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.
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.
Вот так выглядит наглядный вариант подключения датчика движения в паре с модулем Arduino для освещения коридора.
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.
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.
Рекомендуем к прочтению: как заставить совместимый с Arduino датчик движения HC-SR501 включать и отключать свет.
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.
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.
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