Phát hiện con người tĩnh với PIR

Bài đăng giải thích một phương pháp có thể được sử dụng để tăng cường khả năng cảm biến hồng ngoại thụ động để phát hiện ngay cả sự hiện diện tĩnh hoặc văn phòng phẩm của con người. Tính năng này thường không thể thực hiện được với các cảm biến PIR thông thường.

Cách PIR phát hiện sự hiện diện của con người

Tôi đã thảo luận về nhiều ứng dụng phát hiện chuyển động dựa trên PIR trong trang web này, tuy nhiên tất cả các ứng dụng này đều yêu cầu sự hiện diện của con người phải liên tục chuyển động để giữ cho PIR phát hiện ra sự hiện diện của họ, điều này dường như là một nhược điểm lớn khiến các thiết bị này không thể cảm nhận được một lượng người cố định hoặc cố định.

Tuy nhiên, nhược điểm được giải thích ở trên có lý do đằng sau nó. Các cảm biến PIR thông thường hoạt động bằng cách cảm nhận các tín hiệu IR từ cơ thể người qua một vài khe song song trên ống kính phía trước của họ và mạch bên trong của nó chỉ kích hoạt khi tín hiệu IR giao nhau giữa các khe cảm biến này ('tầm nhìn').

Sự giao nhau của các tín hiệu IR qua các khe cảm biến cho phép mạch PIR dịch thông tin thành hai xung xoay chiều tương ứng, đến lượt nó được chỉnh lưu để tạo ra điện áp kích hoạt ở chân ra của PIR.

PIR không thể phát hiện mục tiêu văn phòng phẩm

Điều này ngụ ý rằng nếu nguồn IR bất động, nó sẽ không nhắc mô-đun PIR tạo ra bất kỳ kích hoạt nào trên chân đầu ra của nó. Nó cũng ngụ ý rằng tín hiệu IR từ nguồn bằng cách nào đó phải tiếp tục đi qua các khe phát hiện PIR nhất định để cho phép nó cảm nhận được một người nhất định trong khu vực.

Có vẻ như không có biện pháp khắc phục trực tiếp hoặc đơn giản nào cho điều này, bởi vì các mô-đun PIR không thể được sửa đổi bên trong cho điều này, điều này khiến thiết bị không phát hiện được sự hiện diện của con người tĩnh tại.

Tuy nhiên, một quan sát hợp lý cho chúng ta biết rằng nếu một nguồn IR khác nhau có thể được yêu cầu để giữ cho mô-đun PIR được kích hoạt, thì tại sao không buộc chính PIR phải chuyển động liên tục thay vì chủ thể.

Khái niệm này có thể được hình dung từ mô phỏng GIF sau đây, cho thấy mô-đun PIR dao động và một con người tĩnh trong vùng phát hiện.

Ở đây chúng ta có thể thấy cách một PIR dao động thích ứng với vấn đề và tự biến đổi cho phép phát hiện các đối tượng IR tĩnh.

Điều này trở nên khả thi bởi vì thông qua chuyển động của nó, mô-đun PIR biến đổi nguồn IR tĩnh thành một hình ảnh IR thay đổi liên tục trên hai khe nhận của nó.

Mặc dù ý tưởng có vẻ phức tạp, nhưng nó thực sự có thể được giải quyết đơn giản bằng cách sử dụng mạch động cơ điều khiển PwM dao động chậm.

Chúng ta sẽ tìm hiểu toàn bộ cơ chế và chi tiết mạch trong các phần sau.

Như chúng ta đã thảo luận, các mô-đun PIR thông thường chỉ có thể phát hiện các vật thể sống đang chuyển động và không thể xác định mục tiêu đứng yên, điều này làm cho ứng dụng của nó bị hạn chế như một máy dò chuyển động của con người.

Đối với các ứng dụng mà việc phát hiện động lực sử dụng của con người trở nên cần thiết trong các tình huống như vậy, PIR thông thường có thể trở nên vô dụng và có thể yêu cầu một số sắp xếp bên ngoài để tự nâng cấp.

Thiết kế PIR để phát hiện các mục tiêu bất động

Trong phần trên, chúng ta đã biết rằng thay vì cần mục tiêu chuyển động, mô-đun PIR có thể tự di chuyển trên một bán kính nhất định để thực hiện phát hiện mục tiêu tĩnh mong muốn.

Trong các phần sau, chúng ta sẽ tìm hiểu về một cơ chế mạch đơn giản có thể được sử dụng với PIR gắn trên động cơ DC nhỏ cho các dao động được đề xuất.

Trình điều khiển động cơ điều khiển PWM / Flip Flop

Về cơ bản hệ thống yêu cầu xác định tốc độ có kiểm soát PWM và chuyển đổi flip flop cho động cơ. Sơ đồ sau đây cho thấy cách các tính năng này có thể được quy cho động cơ PIR với sự trợ giúp của một mạch đơn giản:

Mạch được hiển thị sử dụng một IC cổng chuyển đổi lục giác HEF40106 đơn IC bao gồm 6 cổng NOT biến tần.

Cổng N1 và N2 được cấu hình để tạo ra đầu ra PWM có thể điều chỉnh được đưa đến các cổng N4, N5, N6 tạo thành bộ đệm.

Đầu ra chung từ các cổng đệm này được kết thúc tới cổng của một mosfet điều khiển động cơ.

Nội dung PWM được thiết lập với sự trợ giúp của P1, cuối cùng được áp dụng cho động cơ được kết nối thông qua một bộ tiếp điểm rơle DPDT.

Các tiếp điểm rơ le này xác định hướng chuyển động của động cơ (theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ).

Tiếp điểm rơle DPDT flip flop này được điều khiển bởi một bộ đếm thời gian ổn định được cấu hình xung quanh cổng N3, trong đó tụ điện C3 / R3 xác định tốc độ rơle cần chuyển đổi để cho phép động cơ thay đổi hướng quay của nó một cách nhất quán.

Thiết kế trên cho phép động cơ thực hiện chuyển động dao động chậm tới lui cần thiết trên một vùng xuyên tâm nhất định.

C3 có thể được chọn để bắt đầu chuyển đổi sau mỗi 5 đến 6 giây và PWm có thể được điều chỉnh để cho phép động cơ chuyển động cực kỳ chậm chạp, bởi vì nó chỉ cần đảm bảo rằng các khe của PIR cắt ngang tín hiệu IR của mục tiêu trong một cách kịp thời.

Tuy nhiên, vì động cơ hoạt động chậm, đầu ra từ PIR sẽ cần được duy trì thông qua bộ hẹn giờ TẮT trễ để tải được kết nối không chuyển TẮT và BẬT trong khi chuyển động của động cơ luân phiên cắt qua các đường IR từ chỗ ở của con người.

Bộ hẹn giờ trễ

Sau giai đoạn mạch hẹn giờ trễ có thể được sử dụng để đảm bảo rằng mỗi lần đầu ra PIR tạo ra xung cảm biến, độ trễ từ bộ hẹn giờ được kéo dài từ 5 đến 10 giây và tải được kết nối không bao giờ bị gián đoạn trong suốt quá trình.

Trong thiết lập ở trên, chúng ta có thể thấy động cơ nhận được nguồn cung cấp truyền động điện từ giai đoạn PWM / flip flop như đã thảo luận trong phần trước.

Trục chính của động cơ có thể được nhìn thấy cùng với một trục nằm ngang mà PIR được kẹp chặt, sao cho khi động cơ chuyển động, PIR sẽ chuyển động theo hướng xuyên tâm đến và chuyển động tương ứng.

Trong khi chuyển động PIR ở trên được tạo ra, các tín hiệu IR từ một mục tiêu đứng yên trong vùng được phát hiện dưới dạng các xung ngắn xen kẽ, được tạo ra ở chân đầu ra của PIR được chỉ báo bằng dây màu xanh lam.

Các xung này được áp dụng trên tụ điện 1000uF sạc theo từng xung và đảm bảo rằng BC547 được giữ ở chế độ dẫn mà không bị gián đoạn trong suốt quá trình.

Trình điều khiển rơle bao gồm giai đoạn BC557 đáp ứng tín hiệu ổn định ở trên từ bộ thu BC547 và lần lượt giữ rơle BẬT, miễn là PIR tiếp tục phát hiện sự hiện diện của con người.

Do đó, tải chuyển tiếp vẫn được kích hoạt liên tục do sự hiện diện của con người đứng yên trong khu vực.

Tuy nhiên, trong trường hợp con người bị loại bỏ hoặc khi mục tiêu di chuyển khỏi khu vực, giai đoạn hẹn giờ trễ sẽ giữ rơ le và tải được kích hoạt trong 5 đến 10 giây quy định sau đó nó sẽ tắt vĩnh viễn, cho đến khi khu vực được bắt lại. bởi một nguồn phát ra IR tiềm năng.

Danh sách các bộ phận

• 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 = CHUYỂN ĐỔI DPST HOẶC RELAY DPDT
• R3, C3 được xác định bằng một số thử và sai

CẬP NHẬT:

Mạch PIR được giải thích ở trên để phát hiện sự hiện diện tĩnh của con người có thể được đơn giản hóa nhiều bằng cách sử dụng mạch cắt tín hiệu như được mô tả trong mô phỏng GIF sau:

Một cuộc kiểm tra cẩn thận cho thấy rằng thực sự không cần chuyển động dao động, động cơ và lưỡi dao cắt có thể được phép quay tự do bằng cách giữ tốc độ động cơ ở mức thấp hơn .

Điều này cũng sẽ thực hiện hiệu quả hoạt động cảm biến PIR tĩnh dự kiến.

Video Demo chứng minh khả năng phát hiện tĩnh của con người đối với PIR