Detecção de humanos estáticos com PIR

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A postagem explica um método que provavelmente pode ser usado para aumentar a capacidade de um sensor infravermelho passivo de detectar até mesmo uma presença humana estática ou estacionária. Este recurso normalmente não é possível com os sensores PIR convencionais.

Como o PIR detecta a presença humana

Já discuti muitos aplicativos de detecção de movimento baseados em PIR neste site, no entanto, todos esses aplicativos requerem que a presença humana esteja constantemente em movimento para manter o PIR detectando sua presença. Isso parece ser uma grande desvantagem que impede essas unidades de detectar uma ocupação humana constante ou estacionária.



No entanto, a desvantagem explicada acima tem uma razão por trás disso. Os sensores PIR convencionais funcionam detectando os sinais de infravermelho de um corpo humano através de alguns slots paralelos em suas lentes frontais, e seu circuito interno é ativado apenas quando os sinais de IR cruzam entre esses slots de detecção ('visões').

O cruzamento de sinais IR através dos slots de detecção permite que o circuito PIR traduza a informação em dois pulsos alternados correspondentes, que por sua vez são retificados para gerar a tensão de disparo no pino de saída do PIR.



PIR não pode detectar alvo de papelaria

Isso implica que, se a fonte de infravermelho estiver imóvel, ela não solicitará que o módulo PIR produza qualquer disparo em seu pino de saída. Isso também implica que o sinal IR da fonte deve, de alguma forma, continuar cruzando os slots de detecção PIR fornecidos para permitir que ele detecte um determinado ser humano dentro da zona.

Parece que não há um remédio direto ou simples para isso, porque os módulos PIR não podem ser modificados internamente para isso, o que impede a unidade de detectar a presença humana estacionária.

No entanto, uma observação lógica nos diz que se for uma fonte de infravermelho variável que pode ser necessária para manter o módulo PIR ativado, então por que não forçar o próprio PIR a estar em movimento constante em vez do assunto.

O conceito pode ser visualizado a partir da simulação GIF seguinte, que mostra um módulo PIR oscilante e um ser humano estático na zona de detecção.

Aqui podemos ver como um PIR oscilante se adapta ao problema e se transforma, permitindo a detecção de objetos infravermelhos estáticos.

Isso se torna possível porque, por meio de seu movimento, o módulo PIR transforma a fonte de infravermelho estacionária em uma imagem de infravermelho que muda continuamente em seus dois slots de recepção.

Embora a ideia pareça complexa, ela pode ser simplesmente resolvida usando um circuito de motor controlado por PwM de oscilação lenta.

Aprenderemos todo o mecanismo e os detalhes do circuito nas seções a seguir.

Como já discutimos, os módulos PIR convencionais são capazes de detectar apenas objetos vivos em movimento e não podem identificar um alvo estacionário, o que torna sua aplicação limitada apenas como detector de movimento humano.

Para aplicações onde a detecção de ocupação humana sem motos torna-se necessária em tais cenários, um PIR convencional pode se tornar inútil e pode exigir algum arranjo externo para se atualizar.

Projetando PIR para detectar alvos imóveis

Na seção acima, aprendemos que em vez de precisar que o alvo esteja em movimento, o próprio módulo PIR pode ser movido ao longo de um determinado raio para implementar a detecção de alvo estático desejada.

Nas seções a seguir, aprenderemos a respeito de um mecanismo de circuito simples que pode ser usado com um PIR montado sobre um pequeno motor DC para as oscilações propostas.

O driver de motor controlado por PWM / flip-flop

O sistema basicamente requer uma determinação de velocidade controlada por PWM e uma mudança de flip-flop para o motor. O diagrama a seguir mostra como esses recursos podem ser atribuídos ao motor PIR com a ajuda de um circuito simples:

O circuito mostrado utiliza um único IC HEF40106 hexadecimal de porta Schmitt que inclui 6 portas NÃO de inversor.

As portas N1 e N2 são configuradas para produzir uma saída PWM ajustável que é alimentada às portas N4, N5, N6 que formam os buffers.

A saída comum dessas portas de buffer termina na porta de um mosfet do driver de motor.

O conteúdo PWM é definido com a ajuda de P1, que é finalmente aplicado ao motor conectado por meio de um conjunto de contatos de relé DPDT.

Esses contatos de relé determinam a direção do movimento do motor (sentido horário ou anti-horário).

Esses contatos de relé DPDT flip-flop são controlados por um temporizador astável configurado em torno da porta N3, em que o capacitor C3 / R3 determina a que taxa o relé precisa mudar para permitir que o motor mude sua direção de rotação de forma consistente.

O projeto acima permite que o motor execute o movimento de oscilação lento para frente e para trás em uma determinada zona radial.

C3 pode ser selecionado para iniciar a mudança após cada 5 a 6 segundos, e o PWm pode ser ajustado para permitir um movimento do motor extremamente lento, porque ele só precisa garantir que os slots do PIR cruzem os sinais de IR do alvo em em tempo hábil.

No entanto, como a operação do motor é lenta, a saída do PIR precisará ser sustentada por um temporizador de retardo para que a carga conectada não seja DESLIGADA e LIGADA enquanto o movimento do motor alternadamente corta as linhas IR da ocupação humana.

The Delay Timer

Os seguintes estágio do circuito do temporizador de atraso pode ser usado para garantir que cada vez que a saída PIR produza o pulso detectado, o atraso do temporizador seja estendido por 5 a 10 segundos e a carga conectada nunca seja interrompida durante o processo.

Na configuração acima, podemos ver o motor que recebe sua alimentação elétrica do estágio PWM / flip-flop conforme discutido no parágrafo anterior.

O fuso do motor pode ser visto acoplado a um eixo horizontal sobre o qual o PIR é preso, de modo que quando o motor se move, o PIR passa por um movimento radial de vaivém correspondente.

Enquanto o movimento do PIR acima é induzido, os sinais de IR de um alvo estacionário na zona são detectados na forma de pulsos alternados curtos, que são gerados no pino de saída do PIR indicado com o fio azul.

Esses pulsos são aplicados ao capacitor de 1000uF, que é carregado com cada pulso e garante que o BC547 seja mantido no modo de condução sem interrupção durante o processo.

O driver de relé que compreende o estágio BC557 responde ao sinal estável acima do coletor BC547 e por sua vez mantém o relé LIGADO, enquanto o PIR continua detectando a presença humana.

A carga do relé, portanto, permanece ativada continuamente devido à presença de um ser humano estacionário na área.

No entanto, no caso de a ocupação humana ser removida ou quando o alvo se afasta da zona, o estágio de temporizador de retardo mantém o relé e a carga ativada por 5 a 10 segundos estipulados após os quais ele desliga permanentemente, até que a zona seja novamente capturada por uma fonte potencial de emanação de IR.

Lista de Peças

  • R1, R4 = 10K
  • R2 = 47 OHMS
  • P1 = 100K POT
  • D1, D2 = 1N4148
  • D3 = MUR1560
  • C1, C2 = 0,1uF / 100V
  • Z1 = 15V, 1/2 WATT
  • Q1 = IRF540
  • Q2 = BC547
  • N1 --- N6 = IC MM74C14
  • DPDT = DPST SWITCH OU DPDT RELAY
  • R3, C3 a ser determinado por alguma tentativa e erro

ATUALIZAR:

O circuito PIR explicado acima para detectar a presença humana estática pode ser muito simplificado empregando um circuito chopper de sinal, conforme representado na seguinte simulação GIF:

Uma inspeção cuidadosa mostra que, na verdade, um movimento oscilatório simplesmente não é necessário, o motor e a lâmina do cortador podem girar livremente, mantendo o velocidade do motor em um nível inferior .

Isso também realizaria com eficácia a operação de detecção PIR estática pretendida.

PIR modificado para detectar seres humanos estáticos

Demonstração em vídeo provando a detecção humana estática para um PIR




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