Детектор движения с использованием Arduino и PIR датчика

Обнаружение движений требуется во многих радиоэлектронных проектах. Это легко сделать с помощью PIR датчика. В этом проекте мы рассмотрим подключение PIR датчика к плате Arduino и сконструируем простой детектор движения на его основе. При обнаружения движения в нашем устройстве будет загораться светодиод и зуммер будет издавать звуковой сигнал.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (или любая другая)
PIR датчик (PIR Sensor Module)
Светодиод
Зуммер (Buzzer)
Макетная плата
Соединительные провода
Резистор 330 Ом

PIR датчик

PIR датчик представляет собой пироэлектрический инфракрасный (PIR) датчик движения. Подобные датчики часто используются в системах сигнализации и легко обнаруживают присутствие людей или животных. Они малые по габаритам, недорогие, потребляют мало энергии, легки в эксплуатации и практически не подвержены износу.

В PIR датчике присутствуют два важных элемента: пироэлектрический кристалл, который может обнаруживать тепловые сигнатуры от живого организма (человека/животных), и линзы Френеля, которые расширяют диапазон действия датчика. Также в PIR датчике доступно несколько вариантов опций, показанных на следующем рисунке.

Два потенциометра (оранжевый цвет) используются для управления чувствительностью и срабатывания по времени датчика. Основной контакт датчика (Dout) располагается между его контактами Vcc и Gnd. Датчик работает от напряжения 3.3 В, но также может работать и от напряжения 5 В. В левом верхнем углу датчик имеет переключатель режимов своей работы. Всего доступно два режима работы: “H” режим и “I” режим.

В “H” режиме на выходном контакте датчика Dout будет появляться напряжение высокого уровня (3.3V) когда в диапазоне действия датчика будет появляться человек. Спустя некоторое время, устанавливаемое с помощью потенциометра, напряжение на этом контакте становится низкого уровня. То есть в этом режиме напряжение высокого уровня на контакте Dout будет независимо от того присутствует ли еще человек в зоне действия датчика или покинул ее. Этот режим мы будем использовать в нашем проекте – в большинстве случаев он предпочтительней при работе с этим датчиком. Еще его называют режимом “с перезапуском”.

В режиме “I” напряжение высокого уровня (3.3V) на выходном контакте датчика Dout будет только тогда, когда человек находится в зоне действия датчика. Как только человек покинет ее, то спустя некоторое время, регулируемое с помощью потенциометра, на контакте Dout будет напряжение низкого уровня. То есть если вы будете ходить около датчика, то он будет постоянно срабатывать и выключаться. Этот режим еще называется режимом “без перезапуска”.

Примечание: местоположение контактов и потенциометров могут отличаться в зависимости от производителя PIR датчика.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Мы запитали PIR датчик от контакта 5V платы Arduino. Выходной контакт PIR датчика подключен к цифровому контакту 2 платы Arduino. Этот контакт Arduino будет работать в режиме ввода данных. Контакт 3 платы Arduino подключен к светодиоду и зуммеру. Он будет работать в режиме вывода данных. То есть когда на контакте 2 мы будем обнаруживать высокий уровень, мы будем подавать напряжение высокого уровня на контакт 3.

Объяснение работы программы

PIR датчик у нас подключен к контакту 2 платы Arduino, поэтому для этого контакта мы должны установить режим ввода данных. А для контакта 3, к которому подключены зуммер и светодиод, мы должны установить режим вывода данных. Режимы работы контактов мы должны задать в функции void setup().

void setup() {
pinMode(2, INPUT); //Pin 2 в режим ввода данных
pinMode(3, OUTPUT); //PIN 3 в режим вывода данных
}

Затем мы переходим к функции loop(). Как мы знаем, код внутри этой функции выполняется непрерывно (постоянно), пока на плату Arduino подано питание. Поэтому внутри данной функции мы постоянно будем проверять не появилось ли на контакте 2 напряжение высокого уровня с помощью следующей строчки кода:

if (digitalRead(2) == HIGH)

Если на этом контакте появилось напряжение высокого уровня это будет означать, что PIR датчик обнаружил движение (человека). При обнаружении этого события мы должны подать напряжение высокого уровня на контакт 3. Мы будем поочередно подавать на этот контакт высокий и низкий уровень с задержкой 100 мс, то есть светодиод будет мигать, а зуммер – издавать прерывистый сигнал.

void setup() {
pinMode(2, INPUT); //Pin 2 as INPUT
pinMode(3, OUTPUT); //PIN 3 as OUTPUT
}
void loop() {
if (digitalRead(2) == HIGH) // проверяем сработал ли PIR датчик
{
digitalWrite(3, HIGH); // включаем светодиод/зуммер
delay(100); // ждем 100 мс
digitalWrite(3, LOW); // выключаем светодиод/зуммер
delay(100); // ждем 100 мс
}
}

Работа проекта

После того как вы собрали схему рассматриваемого нами датчика движения на макетной плате и загрузили код программы (приведен в конце статьи) в плату Arduino вы можете приступать к тестированию работы проекта. Общий вид собранного устройства должен получиться примерно такой:

Подайте питание на плату Arduino и подождите 50-60 секунд пока PIR датчик откалибруется – не обращайте внимание на странности его срабатывания в течение этого времени. После этого попытайтесь двигаться напротив PIR датчика и вы будете наблюдать как будут срабатывать светодиод и зуммер. Более подробно весь этот процесс показан на видео в конце статьи.

Звучание зуммера/мигание светодиода должны прекратиться спустя некоторое время после того как прекратится движение напротив датчика. Вы можете поэкспериментировать с настройкой чувствительности датчика, вращая расположенный на нем потенциометр.

Исходный код программы

Код программы очень простой – я думая его понимание не вызовет у вас никаких затруднений. Как мы узнали из этой статьи, подключить PIR датчик к плате Arduino достаточно просто – не нужно подключать каких то дополнительных библиотек, работать с ШИМ-сигналом и АЦП как в случае с другими датчиками и т.д.

void setup() {
pinMode(2, INPUT); // Pin 2 в режим ввода данных
pinMode(3, OUTPUT); // PIN 3 в режим вывода данных
}
void loop() {
if (digitalRead(2) == HIGH)
{
digitalWrite(3, HIGH); // включаем светодиод/зуммер
delay(100); // ждем 100 мс
digitalWrite(3, LOW); // выключаем светодиод/зуммер
delay(100); // ждем 100 мс
}
}

Видео, демонстрирующее работу схемы