Folha de dados do sensor PIR, especificações de pinagem, funcionamento

Neste post vamos explorar a ficha técnica do PIR ou Sensor Piroelétrico Radial Infravermelho HC-SR501. Vamos entender para que propósito o sensor PIR é usado? Suas operações básicas de acionamento, detalhes de conexão de pinos, especificações técnicas e, finalmente, estaremos examinando algumas aplicações da vida real.

Começaremos entendendo a unidade real do sensor PIR que está instalada dentro módulos PIR padrão e aprenda suas características internas, detalhes de pinagem e detalhes internos de trabalho.

O que é um sensor PIR?

PIR significa Pyroelectic Infrared Radial Sensor ou Passive Infrared Sensor. PIR é um sensor eletrônico que detecta as mudanças na luz infravermelha em uma certa distância e emite um sinal elétrico em sua saída em resposta a um sinal infravermelho detectado. Ele pode detectar qualquer objeto emissor de infravermelho, como seres humanos ou animais, se estiver ao alcance do sensor, ou se afastar do alcance ou se mover dentro do alcance do sensor.
O módulo sensor PIR pode ser dividido em duas partes, um cristal infravermelho sensível e o circuito de processamento.

Ilustração do cristal sensível PIR:

A parte escura do metal onde o cristal sensível ao infravermelho está alojado, o cristal sensível pode detectar o nível de infravermelho nas redondezas. Na verdade, ele abriga dois sensores piroeléticos para detectar objetos em movimento. Se um dos cristais sensíveis detectar mudança no infravermelho (aumento ou diminuição) do que o outro cristal sensível, a saída é acionada.

Uma estrutura de plástico em forma de cúpula é normalmente colocada sobre este cristal sensível, que atua como lente para focar a luz infravermelha nos sensores.

Como funciona o PIR

A operação de detecção de um sensor infravermelho piroelétrico é baseada na propriedade ou característica que se torna responsável por alterar a polarização de seu material em resposta às mudanças de temperatura.

Esses sensores empregam um elemento duplo ou um par de elementos de detecção para detectar os sinais IR em duas etapas, o que garante uma detecção infalível, cancelando as variações indesejadas de temperatura dentro do estágio EMI existente. Este processo de detecção de duas etapas melhora a estabilidade geral do sensor e ajuda a detectar sinais de infravermelho apenas da presença humana.

Quando um ser humano ou uma fonte de IR relevante passa por um sensor PIR, a radiação corta o par de elementos de detecção de uma maneira alternativa, acionando a saída para gerar um par de ON / OFF ou pulsos altos e baixos, conforme descrito no seguinte forma de onda:

A seguinte simulação Gif aproximada mostra como um sensor PIR responde a um ser humano em movimento e desenvolve alguns pulsos curtos e agudos em seus terminais de saída para o processamento necessário ou acionamento de um estágio de relé configurado apropriadamente

Layout interno de um PIR

A figura a seguir mostra o layout interno ou a configuração dentro de um sensor PIR padrão.

À esquerda, podemos ver um par de elementos sensores infravermelhos conectados em série. A extremidade superior desta série é conectada ao gate de um FET embutido que atua como um pequeno amplificador de sinal IR. O resistor pull down Rg fornece a lógica zero de espera necessária para o FET para garantir que ele permaneça completamente DESLIGADO na ausência de um sinal IR.

Quando um sinal IR móvel é detectado pelo par de elementos de detecção, ele gera um par correspondente de sinais lógicos de alta e baixa, conforme discutido acima:

Esses pulsos são amplificados apropriadamente pelo FET e replicados em seu pino de saída para processamento posterior por um circuito conectado.

Os estágios EMI associados junto com o capacitor fornecem filtragem extra para o processo, a fim de produzir um conjunto limpo de pulsos no pino de saída indicado do PIR.

Testando a configuração do sensor PIR

A imagem a seguir mostra uma configuração de teste de sensor PIR padrão. A saída e os pinos Vss (pino negativo) do PIR são conectados com um resistor pull down externo, o pino Vdd é fornecido com uma fonte de 5V.

Um corpo negro estacionário gera a radiação infravermelha equivalente necessária para o sensor PIR por meio de um mecanismo chopper. A placa chopper corta alternadamente os sinais IR imitando um alvo IR móvel.

Esse sinal de IR cortado atinge o sensor PIR, gerando os pulsos especificados em seu pino de saída, que é amplificado de forma adequada por meio de um amplificador operacional para análise em um osciloscópio.

As condições de teste ideais para a configuração acima podem ser vistas abaixo:

Equilibrando a saída do Elemento de Detecção

Visto que um mecanismo de sensor duplo é empregado nos PIRs, torna-se necessário garantir que o processamento através do par de lentes esteja corretamente balanceado.

Os elementos de detecção são testados e configurados adequadamente avaliando a respectiva tensão de saída de sinal único (SSOV) por meio da seguinte fórmula:

Libra: | Va - Vb | / (Va + Vb) x 100%
Onde, Va = Sensibilidade do lado A (mV pico a pico)
Vb = Sensibilidade lado B (mV pico a pico)

Especificações Principais

As principais especificações técnicas e parâmetros dimensionais de um sensor PIR podem ser aprendidos a partir dos seguintes detalhes:

Usando Módulos PIR Inside

Hoje você encontrará módulos PIR com um sensor PIR integrado a um circuito de processamento especializado e lentes. Isso melhora o desempenho do PIR em muitas dobras e permite que o usuário final obtenha uma saída amplificada e otimizada bem definida do módulo.

Esta saída agora só precisa ser configurada com um estágio de relé para a comutação ON / OFF necessária de uma carga em resposta a uma presença humana na zona estipulada.

O circuito dentro dos módulos padrão consiste em IC BISS0001 que é projetado especificamente para aplicações de detecção de movimento. Dois botões são fornecidos, um para ajustar a sensibilidade do módulo e outro para ajustar a duração de quanto tempo a saída deve permanecer ALTA após o módulo ser acionado.

Agora vamos investigar os detalhes técnicos do sensor PIR HC-SR501.

Tensão operacional:

O HC-SR501 é de 5 V a 20 V, o que oferece grande flexibilidade para projetistas de circuitos.

Consumo atual:

O HC-SR501 é um dispositivo compatível com bateria, seu consumo atual é de 65 mA quando detecta qualquer mudança na luz infravermelha.

Voltagem de saída:

Quando o módulo detecta um movimento infravermelho, a saída fica ALTA em 3,3 V, se o módulo não detecta nenhum movimento, ele fica BAIXO ou 0 V após um período fixo.

Tempo de atraso:

Um botão é fornecido para ajustar o tempo para a saída permanecer ALTA após detectar o IV. Este período de tempo pode ser ajustado de 5 segundos a 5 minutos.

Faixa de sensibilidade:

O ângulo da área de detecção é de cerca de 110 graus cônicos. Um botão é fornecido para ajustar a sensibilidade que pode variar de 3 metros a 7 metros perpendicular ao senor. A sensibilidade diminui conforme movemos qualquer um dos lados do sensor.

Temperatura de operação:

O HC-SR501 tem uma temperatura operacional impressionante de -15 a +70 graus Celsius.

Corrente quiescente:

A corrente Quiescente é a corrente consumida da alimentação, quando o sensor não está detectando nenhum movimento ou quando está inativo. Consome menos de 50 uA, o que torna o sensor amigável à bateria.

Pinagem PIR e modos de gatilho

Modos de gatilho:

O módulo PIR tem dois modos de disparo: modo de disparo único / não repetição e disparo de repetição. Esses dois modos podem ser acessados ​​alterando a posição do jumper fornecida no módulo.

Modo de disparo único / modo de não repetição:

Quando o sensor PIR é definido no modo de disparo único (e o botão do temporizador / tempo de atraso é definido para 5 segundos (digamos)), quando um humano é detectado, a saída fica ALTA por 5 segundos e fica BAIXA.

Modo de disparo repetido:

Quando o sensor PIR é configurado no modo de repetição de disparo, quando um humano é detectado, a saída fica ALTA, o cronômetro conta por 5 segundos, mas quando outro humano é detectado nesses 5 segundos, o cronômetro é zerado e conta outros 5 segundos após o segundo humano é detectado.

Tempo do Bloco:

O tempo de bloqueio é o intervalo de tempo em que o sensor está desabilitado ou não detectará movimento. O tempo de bloqueio para HC-

SR501 é de 3 segundos por padrão.

Isso ocorre após o tempo de atraso (que foi definido pelo botão do temporizador) a saída fica BAIXA por 3 segundos durante este intervalo, nenhum movimento será detectado. Após os 3 segundos (BAIXO), o sensor estará pronto para detectar movimento novamente.
Em outras palavras, quando o sensor detecta movimento, a saída fica ALTA, a saída permanece ALTA de acordo com o botão do temporizador (digamos 5 segundos), após 5 segundos o sensor PIR fica BAIXO, o sinal BAIXO permanecerá por 3 segundos independentemente do novo movimento, se houver.

Dimensões do módulo:

O sensor é compacto o suficiente para se esconder da vista das pessoas, de modo que não afeta a decoração, etc. Ele mede 32 mm x 24 mm.

Tamanho da lente:

A estrutura de cúpula branca que envolve o sensor piroelétrico é chamada de lentes de Fresnel, que aumenta o alcance de detecção e parece opaca. Mede 23 mm de diâmetro.

Formulários:

• Sistemas de segurança.
• Luzes automáticas.
• Controle de autômato industrial.
• Portas automáticas.

Você pode encontrar alguns dos projetos utilizando sensor PIR neste site.

Circuito de Módulo PIR Típico

Para entusiastas que pretendem construir o módulo PIR completo junto com o sensor e um amplificador completo, o seguinte esquema padrão pode ser empregado e usado para qualquer acionamento de aplicativo baseado em sensor PIR relevante.

Tem mais dúvidas ou perguntas? Sinta-se à vontade para enviá-los através da caixa de comentários fornecida abaixo