En esta publicación vamos a explorar la hoja de datos de PIR o Sensor Radial Infrarrojo Piroeléctrico HC-SR501. Entenderemos para qué se utiliza el sensor PIR. Sus operaciones básicas de disparo, detalles de conexión de pines, especificaciones técnicas y finalmente veremos algunas aplicaciones de la vida real.
Comenzaremos por comprender la unidad de sensor PIR real que está instalada en el interior módulos PIR estándar y conocer sus características internas, detalles de pinout y detalles de funcionamiento internos.
¿Qué es un sensor PIR?
PIR son las siglas de Pyroelectic Infrared Radial Sensor o Passive Infrared Sensor. PIR es un sensor electrónico que detecta los cambios en la luz infrarroja a cierta distancia y emite una señal eléctrica en su salida en respuesta a una señal IR detectada. Puede detectar cualquier objeto emisor de infrarrojos, como seres humanos o animales, si se encuentra dentro del rango del sensor, o se aleja del rango o se mueve dentro del rango del sensor.
El módulo del sensor PIR se puede dividir en dos partes: un cristal sensible al infrarrojo y el circuito de procesamiento.
Ilustración de cristal sensible a PIR:
La parte oscura del metal donde se aloja el cristal sensible al IR, el cristal sensible puede detectar el nivel de infrarrojos en los alrededores. En realidad, alberga dos sensores piroeléctricos para detectar objetos en movimiento. Si uno de los cristales sensibles detecta un cambio en el infrarrojo (incremento o disminución) que el otro cristal sensible, la salida se activa.
Normalmente se coloca una estructura de plástico en forma de cúpula sobre este cristal sensible que actúa como lente para enfocar la luz infrarroja en los sensores.
Cómo funciona PIR
La operación de detección de un sensor infrarrojo piroeléctrico se basa en la propiedad o característica que se convierte en responsable de alterar la polarización de su material en respuesta a cambios de temperatura.
Estos sensores emplean un elemento de detección doble o un par para detectar las señales de infrarrojos en dos pasos, lo que garantiza una detección infalible al cancelar las variaciones de temperatura no deseadas dentro de la etapa EMI existente. Este proceso de detección de dos pasos mejora la estabilidad general del sensor y ayuda a detectar señales de infrarrojos solo de la presencia humana.
Cuando un ser humano o una fuente de infrarrojos relevante pasa por un sensor PIR, la radiación penetra en el par de elementos sensores de una manera alternativa, lo que activa la salida para generar un par de pulsos ON / OFF o alto y bajo, como se muestra en la imagen. siguiente forma de onda:
La siguiente simulación Gif aproximada muestra cómo un sensor PIR responde a un humano en movimiento y desarrolla un par de pulsos cortos y agudos a través de sus cables de salida para el procesamiento requerido o la activación de una etapa de relé configurada adecuadamente
Diseño interno de un PIR
La siguiente figura muestra el diseño interno o la configuración dentro de un sensor PIR estándar.
A la izquierda podemos ver un par de elementos de detección de infrarrojos conectados en serie. El extremo superior de esta serie está conectado con la puerta de un FET incorporado que actúa como un pequeño amplificador de señal IR. La resistencia de extracción Rg proporciona la lógica cero de espera requerida al FET para asegurarse de que permanece completamente apagado en ausencia de una señal de infrarrojos.
Cuando el par de elementos sensores detecta una señal de infrarrojos en movimiento, genera un par correspondiente de señales lógicas altas y bajas como se discutió anteriormente:
Estos pulsos son amplificados apropiadamente por el FET y replicados en su pin de salida para su posterior procesamiento por un circuito adjunto.
Las etapas EMI asociadas junto con el condensador proporcionan una filtración adicional al proceso, para producir un conjunto limpio de pulsos en el pin de salida indicado del PIR.
Configuración de prueba para el sensor PIR
La siguiente imagen muestra una configuración de prueba de sensor PIR estándar. Los pines de salida y Vss (pin negativo) del PIR están conectados con una resistencia de extracción externa, el pin Vdd se suministra con una fuente de 5V.
Un cuerpo negro de papelería genera la radiación infrarroja equivalente requerida para el sensor PIR a través de un mecanismo de corte. La placa cortadora corta alternativamente las señales de infrarrojos imitando un objetivo de infrarrojos en movimiento.
Esta señal IR cortada golpea el sensor PIR generando los pulsos especificados a través de su pin de salida, que se amplifica adecuadamente a través de un amplificador operacional para su análisis en un osciloscopio.
Las condiciones ideales de prueba para la configuración anterior se pueden ver a continuación:
Equilibrio de la salida del elemento sensor
Dado que en los PIR se emplea un mecanismo de detección dual, es necesario garantizar que el procesamiento a través del par de lentes esté correctamente equilibrado.
Los elementos de detección se prueban y configuran adecuadamente mediante la evaluación del voltaje de salida de señal única (SSOV) respectivo mediante la siguiente fórmula:
Libra: | Va - Vb | / (Va + Vb) x 100%
Donde, Va = Sensibilidad del lado A (mV pico a pico)
Vb = Sensibilidad lado B (mV pico a pico)
Especificaciones principales
Las principales especificaciones técnicas y parámetros de dimensión de un sensor PIR se pueden aprender de los siguientes detalles:
Uso de módulos internos PIR
Hoy encontrará módulos PIR que tienen un sensor PIR integrado con un circuito de procesamiento especializado y una lente. Esto mejora el rendimiento del PIR en muchos aspectos y permite al usuario final obtener una salida amplificada y optimizada bien definida del módulo.
Esta salida ahora solo necesita configurarse con una etapa de relé para la conmutación ON / OFF requerida de una carga en respuesta a la presencia humana en la zona estipulada.
El circuito dentro de los módulos estándar consta de IC BISS0001, que está diseñado específicamente para aplicaciones de detección de movimiento. Se proporcionan dos perillas, una para ajustar la sensibilidad del módulo y otra perilla para ajustar la duración del tiempo durante el cual la salida debe permanecer ALTA después de que se activa el módulo.
Ahora investiguemos los detalles técnicos del sensor PIR HC-SR501.
Tensión de funcionamiento:
El HC-SR501 es de 5 V a 20 V, lo que ofrece una gran flexibilidad para los diseñadores de circuitos.
Consumo actual:
El HC-SR501 es un dispositivo amigable con la batería, su consumo de corriente es de 65 mA cuando detecta cualquier cambio en la luz IR.
Tensión de salida:
Cuando el módulo detecta un movimiento de infrarrojos, la salida pasa a ALTO a 3.3 V, si el módulo no detecta movimiento, pasa a BAJO o 0 V después de un período fijo.
Tiempo de retardo:
Se proporciona una perilla para ajustar el tiempo para que la salida permanezca ALTA después de detectar el IR. Este período de tiempo se puede ajustar de 5 segundos a 5 minutos.
Rango de sensibilidad:
El ángulo del área de detección es de alrededor de un cono de 110 grados. Se le da una perilla para ajustar la sensibilidad podemos variar de 3 metros a 7 metros perpendiculares al señor. La sensibilidad se reduce a medida que nos movemos a ambos lados del sensor.
Temperatura de funcionamiento:
El HC-SR501 tiene una temperatura de funcionamiento impresionante que varía de -15 a +70 grados Celsius.
Corriente de reposo:
La corriente de reposo es la corriente consumida del suministro, cuando el sensor no detecta ningún movimiento o cuando está inactivo. Consume menos de 50 uA, lo que hace que la batería del sensor sea compatible.
Pinouts PIR y modos de disparo
Modos de disparo:
El módulo PIR tiene dos modos de disparo: disparo único / modo de no repetición y disparo de repetición. Se puede acceder a estos dos modos cambiando la posición del puente dada en el módulo.
Modo de disparo único / modo de no repetición:
Cuando el sensor PIR está configurado en modo de disparo único (y la perilla del temporizador / tiempo de retardo está configurado en 5 segundos (digamos)), cuando se detecta un humano, la salida se vuelve ALTA durante 5 segundos y se vuelve BAJA.
Modo de disparo repetido:
Cuando el sensor PIR se configura en modo de disparo repetido, cuando se detecta un humano, la salida se pone ALTA, el temporizador cuenta durante 5 segundos, pero cuando se detecta otro humano dentro de esos 5 segundos, el temporizador se reinicia a cero y cuenta otros 5 segundos después del segundo se detecta humano.
Tiempo de bloque:
El tiempo de bloqueo es el intervalo de tiempo en el que el sensor está desactivado o no detecta movimiento. El tiempo de bloqueo para HC-
SR501 es de 3 segundos por defecto.
Esto ocurre después del tiempo de retardo (que fue establecido por la perilla del temporizador) la salida pasa a BAJA durante 3 segundos durante este intervalo no se detectará movimiento. Después de los 3 segundos (BAJO), el sensor estará listo para detectar movimiento nuevamente.
En otras palabras, cuando el sensor detecta movimiento, la salida se pone ALTA, la salida permanece ALTA según la perilla del temporizador (digamos 5 segundos), después de 5 segundos el sensor PIR pasa a BAJO, la señal BAJA permanecerá durante 3 segundos independientemente de la nueva movimiento si lo hay.
Dimensiones del módulo:
El sensor es lo suficientemente compacto como para esconderse de la vista de las personas y no afectar la decoración, etc. Mide 32 mm x 24 mm.
Tamaño de la lente:
La estructura de cúpula blanca que encierra el sensor piroeléctrico se llama lentes Fresnel, que aumentan el rango de detección y se ve opaca. Mide 23 mm de diámetro.
Aplicaciones:
• Sistemas de seguridad.
• Luces automáticas.
• Control de Autómatas Industriales.
• Puertas automáticas.
Puede encontrar algunos de los proyectos que utilizan el sensor PIR en este sitio.
Circuito típico del módulo PIR
Para los entusiastas que tienen la intención de construir el módulo PIR completo junto con el sensor y un amplificador completo, el siguiente esquema estándar se puede emplear y usar para cualquier activación de aplicación basada en sensor PIR relevante.
¿Tienes más dudas o preguntas? No dude en enviarlos a través del cuadro de comentarios que se proporciona a continuación.
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