PIR传感器相关知识

Arduino小组， 电子技术

PIR传感器跟其他的传感器比起来可能要更加复杂（像光电池，避震器，湿度传感器），因为其中有许多影响传感器输入和输出的变量。我们会使用这个不错的图解来开始解释一个基本的传感器是如何工作的。

PIR传感器上有两个插槽，每个插槽由特殊的对红外信号敏感的材料做成。这里使用的镜头不会真的做这么多，所以我们可以看到两个插槽可以“看到”过去的一段距离。（基本上是传感器的敏感性）。当传感器没有工作时，两个传感器检测到同样数量周围环境，比如房间，墙壁或者室外辐射出来的的红外信号。当一个有温度的物体，比如一个人或只动物经过，物体一开始会挡住一半的传感器，这会在传感器两边产生微小的正向电势差。当有温度的物体离开传感器所能探测到的区域，传感器电势差就会发生反转，进而能够产生负向的电势差。这就是传感器检测到的脉冲变化。

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PIR传感器

PIR传感器被封装在一个密封的金属盒中。在金属盒上有一个用能传递红外信号的材料做成（比较典型的是硅，因为红外线可以很容易就通过硅。）的窗口，用来保护传感器的感应部分。在窗口后面是两个平衡传感器。

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你可以在上面的上面展示的图像中看到窗口的组成—两片传感材料。

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这张图展示了传感器的内部结构，在里面有一个低噪音的结晶型场效应晶体管（一种晶体管），并将传感器的极高的阻抗缓冲到低成本的的芯片上（比如BIS0001）

透镜

PIR传感器是通用的，而且大部分的价格和灵敏度都不同。大部分的魔术都是通过光来实现的，这对于制造来说是个不错的主意：PIR传感器和电路是固定的，并且成本为几美元。而镜头只需几美分，同时很容易改变宽度，范围和感应模式。

在上图中，透镜只是一块塑料，但这意味着检测区域仅仅是两个矩形。通常我们想要一个更大的检测区域。为了做到这一点，我们使用了一个简单的镜头，比如相机里的那些镜头:他们把一个大的区域(如风景)浓缩成一个小的(在胶片上或CCD传感器上)。由于这些原因很快就会显现出来，我们想要使PIR镜头变得小巧而薄，并且可以从廉价的塑料中进行模塑，尽管它可能会增加变形。由于这个原因，传感器实际上是菲奈尔透镜:

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菲勒透镜凝聚了光，为传感器提供了更大范围的红外线。

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现在我们有了一个更大的范围。然而，请记住，我们实际上有两个传感器，更重要的是，我们不想要两个真正大的矩形区域，而是多个小区域的散射。所以我们要做的是把镜头分成多个部分，每个部分都是菲勒尔透镜。

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在这里你可以看到多面部分

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这一宏观的镜头在每个方面展示了不同的法伦镜头！

不同的面部和副透镜产生了一系列的检测区域，相互交错。这就是为什么镜头中心在上面的部分是“不一致的”——每一个都指向不同的PIR传感元件。

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连接一个PIR传感器

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大部分的PIR模块在两侧或者底部有一个3个引脚的接口。模块之间的输出引脚可能会有所不同，所以对于输出引脚要检查3次。位于接口右边的输出引脚经常是丝网印刷成的（至少我们的是）其中一个引脚会接地，另一个是信号输入，最后一个是接入电源。输入电压经常是3-5V的直流电压但有时会达到12V。在接地。有电源和两个开关连接的情况下有些大的模块没有直接输出，而是通过一个继电器进行操作。

一些继电器的输出是集电极，这说明该继电器需要一个上拉电阻。如果你的输出不可改变，请确保能够在信号引脚和电源引脚之间添加一个10K欧的上拉电阻。

当连接端口的间隔是0.1秒时，一个关于原型PIR传感器的简单方法就是将其连接到面包板上。一些PIR传感器上面已经有数据头了。来自adafruitde PIR有一个三引脚的便于连接导线的接线头。

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我们的PIR传感器的红色线连接电源正极，黑线接负极，黄线是信号输出。要确保像上面展示的一样连接好线头。如果你反过来接，虽然不会损坏传感器，但是传感器不会工作。

 

测试一个PIR红外传感器

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在当PIR传感器检测到人的动作，输出引脚就会上“升”到3.3V，然后点亮LED灯。

如果你手上有已经连好线的面包板，将电池接入之后，为了使PIR“稳定”下来，要先等待30到60秒。在这期间LED灯可能会闪烁。等到LED灯完全熄灭后，为了让灯再次亮起来，我们可以在传感器面前来回走动，挥手等等。

重触发

你手上的PIR传感器有两种选项。首先我们将会探索“重触发”选项。

当你使LED灯闪烁时，观察PIR传感器背面并确保跳线像下面展示的一样连接在L接口。

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现在再次搭建好测试板电路，你可能会注意到当像上面一样连接好PIR传感器时，如果在LED灯面前移动，灯不会保持点亮，而是大约每一秒点亮和熄灭一次。这被叫做“非重触发”。

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现在将跳线转接到H接口，如果你再次搭建好测试电路，你会注意到如果有物体移动时，灯会一直亮着。这被叫做“重触发”。

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对于大多数的应用，“重触发”（跳线像上面展示的一样被接到H接口）模式一般会更好。

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如果你需要将传感器连接到一些边缘触发的装置，你可能会选择将其调节至“非重触发”模式（跳线被连接到L接口）。

改变灵敏度

Adafruit PIR传感器在背部有一个调节灵敏度的微调筒。如果你的PIR传感器太灵敏或者太迟钝，你可以调整这个微调筒—顺时针调节会让传感器更加灵敏。

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改变脉冲时间和超时时长

在PIR传感器上有两个“超时设定”。其中一个是“Tx”设定：传感器检测到动作后LED灯会点亮多久—由于有电位计，调整Adafruit PIR传感器将会变得很简单。

第二个是决定没检测到动作时LED灯会熄灭多久的“Ti”超时设定。这个设定可能没那么容易去改变，可如果你用电焊去操作，这将变得可行。

首先让我们再看下电路数据

Tx=输出引脚（V0）触发后保持高电平的时间。

Ti=在周期中，触发被抑制，仔细观察时间表。

Tx≈24576×R10×C6;  Ti≈24×R9×C7（参考原理图）

Adafruit PIR传感器,有一个标记着时间的调整电位器。这是一个被串联到一个10 k欧电阻器的1兆欧可调电阻器。同时C6的值为0.01Uf,所以

Tx=24576×(10K)×0.01uF=2.5秒（约等于）

如果Rtime电位器从顺时针方向转到1兆欧电阻,则

Tx=24576×(1010K)×0.01uF=250秒（约等于）

如果Rtime位于中间，那结果将会大概是120秒（2分钟），所以你可以尽可能的开足马力。比如说如果你想通过一个人的动作去打开一个风扇至少1分钟，将Rtime电位器调整至一圈的1/4位置。

对于较旧的或者其他PIR传感器

如果你拿到的是一个没有可调整的电位器的PIR传感器，你可以像这样找出调整电阻

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判断R10和R9并不是很难，可惜这个PIR传感器时贴错标签的（似乎将R9和R17调换了位置），你可以通过查找BISSOO1数据表来查探引脚，然后找出分别是什么引脚—R10和引脚3连接，R9和引脚7连接，而区别电容会有点难，但是你可以通过“逆向工程”的方法并对传感器记录时间，从而得到解决。

例如；

Tx=24576*R10*C6= ～1.2秒

R10=4.7K,R10=10nF

同样

Ti=24*R9*C7=～1.2秒

R9=470K,R7=0.1Uf

你可以通过交换不同的电阻或电容来改变时间。

 

使用一个PIR传感器

将PIR传感器与微控制器连接起来非常简单。PIR是一个数字输出，所以你所需要做的就是侦听引脚来变成高电平（有检测到）或低电平（未检测到）。

很可能你会想要重新开始，所以一定要把跳线连接到H接口！用5V电压连接传感器并将其接地。然后将输出连接到数字针上。在本例中，我们将使用2引脚。

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代码很简单，基本上就是跟踪输入2的输入是高还是低。它还会跟踪大头针的状态，这样当运动开始和停止时它就会打印出一条信息。、

  1. /*
  2. * PIR sensor tester
  3. */
  5. int ledPin = 13; // choose the pin for the LED
  6. int inputPin = 2; // choose the input pin (for PIR sensor)
  7. int pirState = LOW; // we start, assuming no motion detected
  8. int val = 0; // variable for reading the pin status
  10. void setup() {
  11. pinMode(ledPin, OUTPUT); // declare LED as output
  12. pinMode(inputPin, INPUT); // declare sensor as input
  14. Serial.begin(9600);
  15. }
  17. void loop(){
  18. val = digitalRead(inputPin); // read input value
  19. if (val == HIGH) { // check if the input is HIGH
  20. digitalWrite(ledPin, HIGH); // turn LED ON
  21. if (pirState == LOW) {
  22. // we have just turned on
  23. Serial.println("Motion detected!");
  24. // We only want to print on the output change, not state
  25. pirState = HIGH;
  26. }
  27. } else {
  28. digitalWrite(ledPin, LOW); // turn LED OFF
  29. if (pirState == HIGH){
  30. // we have just turned of
  31. Serial.println("Motion ended!");
  32. // We only want to print on the output change, not state
  33. pirState = LOW;
  34. }
  35. }
  36. }

不要忘记有些时候你不需要一个微控制器。一个PIR传感器可以连接到一个继电器(也许是一个晶体管缓冲区)，而无需微管

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