przyszła pora na uniwersalny moduł z czujnikiem PIR – HC-SR501

przyszła pora na uniwersalny moduł z czujnikiem PIR – HC-SR501
4.3 (85%) 8 votes

Czujniki ruchu a właściwie ich możliwości inspirowały i ciekawiły mnie od dawien dawna. Dzięki nim chciałem kontrolować – wiedzieć o obecności osób w pewnych miejscach i/lub wykorzystywać je do automatyzacji pewnych czynności w życiu codziennym. Pierwsze moduły „przywlekłem” do domu gdzieś na początku pierwszej dekady 2000 roku dokładnie już nie pamiętam. Były to wysłużone czujki z systemów alarmowych, które załatwił mi Andrzej z Opola.  Leżą do tej pory gdzieś w szufladzie 😉 bo duże, bo nieładne bo … jeden bez soczewki Fresnela czyli bezużyteczny. Gdzieś tam kiedyś też udało wyszarpać się za stosunkowo nieduże pieniądze jakąś mało zdezelowaną używkę na znanym serwisie aukcyjnym heeheheee …

Chyba na początku 2012 roku wywąchałem możliwość zakupienia samych niewielkich soczewek nakładanych bezpośrednio na element PIR. Chyba to było na tej zagranicznej witrynie. Znalazłem też ciekawe niewielkie rozwiązania w postaci modułów.
To była rewelacja, można było schować czujkę w otworze o średnicy około 12mm. No dobra ale  elementy były nadal drogie w zakupie. Jeden sensor PIR kosztował w kraju ponad 30pln – porażka. I tak sobie kombinowałem nie ruszając się z miejsca, a czas nieubłaganie umykał.

soczewki fresnela

soczewki Fresnela w wersji mini

Dzięki tym poszukiwaniom zdałem sobie sprawę, iż owe soczewki są nawet „ważniejsze” niż sam element PIR, gdyż bez nich sensor jest „ślepy”, lub dostaje „głupawki”. Soczewki też nadają charakterystyki i kształtują pole widzenia/zasięg czujnika.

Teraz chwila o sensorze.

PIR – passive infrared detectors czyli pasywny detektor podczerwieni. Pasywny dlatego, że działa bez potrzeby generowania, czy wypromieniowania własnej energii. Czujnik taki wykrywa zmiany promieniowania podczerwonego, ze źródeł obcych znajdujących się w jego „polu widzenia”. I właśnie dlatego wspomniane soczewki Fresnela są takie istotne. Właśnie one tworzą i ukierunkowują wiązki światła, tak aby poruszający się obiekt wytwarzający promieniowanie cieplne generował na powierzchni sensora zmiany w natężeniu IR, tak aby sensor mógł ten fakt wykryć. Również one zapewniają filtr białego światła widzialnego, mają też przeciwdziałać pewnym zakłóceniom. Bez tych właśnie „intensywnych” zmian odbieranego promieniowania IR, czujnik jest bezużyteczny.

 W między czasie przyglądałem się gotowym rozwiązaniom z różnych bardziej lub mniej automatycznych czujników i załączników np oświetlenia. Nic specjalnego. Od czasu do czasu przewracałem zasoby internetu podszewką na wierzch, w poszukiwaniu lepszych tańszych rozwiązań. Natrafiłem w końcu (grudzień 2012) na rewelacyjne rozwiązanie w bardzo przystępnej cenie – sztuka poniżej 20pln i to gotowy kompletny moduł. Bez większego namysłu postanowiłem zakupić kilka egzemplarzy do poznęcania się 😉

moduł w całej okazałości

moduł HC-SR501 w całej okazałości

Tak się składa, że jestem w posiadaniu dwóch wersji modułu różniących się nieznacznie PCB, a dokładnie nieco odmiennym rozmieszczeniem kilku elementów i goldpinami do charakterystyki pracy układu. PCB ma wielkość ~2,45mm x 32mm, grubość z elementami około 14mm. Gdy dołożymy do tego soczewkę wychodzi 14mm ponad PCB oraz ~9mm pod PCB, laminat jest grubości 1mm. Średnica soczewki wynosi 23mm, do dyspozycji mamy również dwa otwory montażowe M2 w rozstawie 28mm. Główny układ scalony analizujący sygnały z sensora IR to BISS0001, który pracuje w swojej podstawowej konfiguracji. W nocie katalogowej wyczytamy:

Features
Low power CMOS technology (ideal for battery operated PIR devices)
CMOS high input impedance operational amplifiers
Bi-directional level detector / Excellent noise immunity
Built-in Power up disable & output pulse control logic
Dual mode : retriggerable & non-retriggerable

Sam detektor IR to LHi778 Xlitos. Ciekawostka – cena sensora na dziś dzień wynosi ~ 15PLN / sztukę.

widok modułów

widok modułów

widok różnych PCB modułu HC-SR501

widok różnych PCB modułu HC-SR501

Na PCB mamy do dyspozycji złącze goldpin, do podłączenia zasilania standardowo +5V i GND, oraz wyjście aktywne w stanie wysokim. Układ zabezpieczony jest diodą przed skutkami podłączenia napięcia o odwrotnej polaryzacji. Na PCB znajdziemy też stabilizator Low Power (30mA) LDO (Holtek) o symbolu HT7133-1, co daje teoretyczną możliwość zasilania też innym napięciem z przedziału 5 – 24V – nie testowałem. Z tytułu zastosowania tego stabilizatora wyjście pracuje na poziomach logicznych 3,3V, co jest akceptowalne przy współpracy np z µC zasilanym napięciem 5V. Dodatkowe wyprowadzenie w postaci goldpin i zworki lub punktów lutowniczych i zworki (ścieżki) na PCB daje możliwość wyboru trybu pracy, na z ponawianiem wyzwalania, lub bez. Dla dodatkowej konfiguracji możliwości modułu mamy do dyspozycji dwa potencjometry montażowe. RL2 (bliżej scalaka), kręcąc zgodnie z ruchem wskazówek zegara zwiększamy zasięg na odległość max około 7m, w drugim skrajnym położeniu zasięg wynosi około 3m. RT1, przy którym widnieje opis min max time – nastawiany czas stanu wysokiego na wyjściu 0,3-180s ±3%. Zakres pracy modułu z oryginalną soczewką wynosi 120°, przy zasięgu na odległość do 7m. Ważną zaletą, o której nie należy zapominać jest minimalny pobór prądu w stanie spoczynku wynoszący 65µA.

Zasada działania modułu.

Moduł zaczyna prawidłowo pracować po kilkunastu sekundach od załączenia zasilania, zwłoka potrzebna na autokalibrację. Czujnik monitoruje otoczenie i wykrywa poruszające się obiekty, które emitują światło podczerwone (np. człowiek, zwierzę). Gdy zostanie wykryta zmiana natężenia promieniowania podczerwonego (gdy ktoś przeszedł), wówczas czujnik ustawia wyjście w stan wysoki. Wyjście to pozostaje w stanie wysokim przez zadany czas opróżnienia (regulacja potencjometrem RT1).
Jeśli człowiek pozostaje w polu detekcji czujnika i się porusza, a jednocześnie włączony jest tryb powtórzeń, wyjście pozostaje w stanie wysokim, aż do zadanego czasu opóźnienia po wyjściu człowieka z monitorowanego pola (braku detekcji zmian promieniowania podczerwonego). Po czym następuje przerwa w detekcji na czas 2,5s.
Jeśli tryb powtórzeń nie jest aktywny, wówczas czujnik przełączy wyjście w stan niski po określonym czasie opóźnienia.
Po czym następuje przerwa w detekcji na 2,5s. Kolejne ustawienie wyjścia w stan wysoki będzie miało miejsce dopiero po następnym wykryciu zmian promieniowania podczerwonego (ruchu) . Moduł ma wyjście o małej obciążalności prądowej, w przypadku bezpośredniego sterowania przekaźnikiem należy zastosować dodatkowy tranzystor na wyjściu.

Dodatkowe możliwości.

Na PCB rozmieszczone są nie wykorzystane  pola lutownicze, na dodatkowe elementy. Jeden zestaw – dwa pola, przy złączu zasilania, oraz drugi przy stabilizatorze. Pierwsze z wymienionych służą do rozbudowy funkcjonalności modułu o dodatkową funkcjonalność. Bez trudu możemy zastosować ten moduł jako sterownik załącznika oświetlania z funkcją wykrywania zmierzchu. Dla uzyskania takiej funkcjonalności potrzeba fotorezystora i jednego potencjometru montażowego (mamy możliwość regulacji) bądź odpowiednio dobranego opornika. Do tego celu scalak posiada stosowne wejście VC – pin 9 (trigger disable input, gdzie VC > 0.2Vdd=enable; VC < 0.2Vdd =disabled), które można wykorzystać praktycznie do różnych przemyślnych zastosowań. Natomiast drugie nie zostały przeze mnie rozgryzione do tej pory (mają oznaczenie RT). Brak schematu, dwustronny druk, moje małe moce przerobowe (-; to czynniki które nie sprzyjają.

moduł rozbudowany o funkcję zmierzchową

moduł rozbudowany o funkcję zmierzchową

Pierwsze moje zabawy z modułem z początku października 2012 roku.

Od tamtej pory zbudowałem całkiem fajny sterownik oświetlania z wykorzystaniem tego modułu, sensora temperatury i modułu z frontowego panela z dekodera cyfrowego polsatu, oraz oczywiście modułu wykonawczego. Ma za zadanie załączania źródła światła LED sterowanego przez PWM, oraz zaimplementowane różne nastawy i funkcje. Zarządzamy nimi tylko jednym przyciskiem. wszystko z wykorzystaniem  µC Attiny2313. Układ pracuje oświetlając moje miejsce pracy.

Moduł już bardzo długo pracuje w trybie ciągłym, bezawaryjnie. Na dziś dzień można go zakupić w cenie dwóch browarów 😀 wystarczy dobrze pobuszować w internecie.

A.D. 2015-08-22

Małe uzupełnienie :-p

W ostatnim czasie znowu powróciłem do grzebania w module i oto efekty:widok modułu HC-SR501 bez IC wersja ze zworkami THTmoduł HC-SR501 bez IC wersja ze zworkami SMDwidok modulu HC-SR501 bez sensora PIRmoduł HC-SR501 bez złącza (wersja ze zworkami SMD)Dla lepszego poznania mozaiki SMD zaglądałem na jej układ bez dużych elementów przysłaniających widok. Fotka z zielonym tłem została posklejana tak by było łatwiej analizować połączenia w postaci ścieżek między poszczególnymi elementami.
Z kolei fota na samym dole prezentacji posiada domalowany detal  z przebiegiem połączeń i wyróżnione pady do wlutowania fotorezystora. Z wytycznych producenta kontrolera scalonego

R3 is a light dependent resistor which has low resistance under strong ambient light. This causes the detector to be operational only when the detection area is sufficiently dark.

opisanych właśnie w ten sposób w notce wiemy, że musi to być rezystor który pod wpływem światła zmniejsza swoją rezystancję. Posiadając kilka różnych typów fotooporników GL5516LDR, GL5528LDR, GL5537LDR, GL5539LDR przeprowadziłem test. Wynika z niego, iż fotooprnik GL5516LDR, będzie zezwalał na zadziałanie czujnika PIR przy największym zaciemnieniu. W związku z powyższym użyłem typu GL5539LDR – najbardziej pasował do moich upodobań. Powoduje załączenie czujnika gdy nie jest jeszcze bardzo ciemno.
Przedstawiona przeze mnie rodzina elementów optycznych posiada jeszcze jednego członka o oznaczeniu GL5549LDR. Niestety nie posiadam takiego, a ten pewno jeszcze bardziej by odpowiadał moim upodobaniom. Uzbrajając układ w nowy element trzeba pamiętać, że aby moduł wysterował wyjście muszą być spełnione dwa warunki. Musi być dostatecznie ciemno oraz musi zostać wykryty ruch. Gdzie np zajdzie do pewnego paradoksu gdy moduł będzie miał bezpośrednio sterować oświetleniem 😛

modu PIR HC-SR501 z wlutowanym fotoopornikiem GL5539LDR

modu PIR HC-SR501 z wlutowanym fotoopornikiem GL5539LDR

We wcześniejszym okresie, co widać na fotografii powyżej (w treści opisu) stosowałem jeszcze opornik nastawny, przylutowany do fotorezystora by dopasować reakcję układu do wymaganego efektu. A to z tego tytułu, że tamten fotorezystor posiadał inną rezystancję. Zastosowany teraz GL5539LDR przy zupełnym zaciemnieniu ma oporność 5MΩ. I nie jest wymagane stosowane dodatkowych elementów. Pozostałe jego parametry można przeglądnąć w załączonej notce.

A.D. 2015-10-17

Wspólnymi siłami

Moduł HC-SR501 udało się rozpracować :mrgreen: co do ostatniego wolnego miejsca na PCB. A wszystko dzięki koledze worner, który wyjaśnił na jaki element zostało jeszcze przygotowane miejsce pod kopułką soczewki.
To bardzo trudne, aby prześledzić ścieżki na dwustronnym PCB z elementami, ale można się domyślać jakby podłączono termistor z potencjometrem czułości. I jak zakomunikował worner uzyskano regulację czułości w zależności od temperatury otoczenia. Zostało by jeszcze do rozpracowania jaki element należy stosować. 😛


A.D. 2016-10-06

Mamy też alternatywę – malutki moduł HC-SR505


nota katalogowa IC BISS0001.pdf (494 pobrania)
nota katalogowa sensora LHI778.pdf (345 pobrań)
nota katalogowa LDO low power IC HT71xx-1.pdf (342 pobrania)
nota katalogowa rodziny fotorezystorów GL55-Series-Photoresistor.pdf (234 pobrania)
aplikacja układu BISS0001 BISS0001-aplikacja.pdf (248 pobrań)  dokument wskazany przez czytelnika matti

Share Button
Tagi , , , , .Dodaj do zakładek Link.

12 odpowiedzi na „przyszła pora na uniwersalny moduł z czujnikiem PIR – HC-SR501

  1. andrew wood mówi:

    Bardzo ciekawy i wartościowy opis modułu.
    Dodatkowe miejsce na PCB o oznaczeniu RT to prawdopodobnie miejsce na termistor.

  2. worner mówi:

    Witam Kaktusa i pozostałych użyszkodników

    Ponieważ to mój pierwszy wpis na tym blogu pozwolę się przywitać. Mam na imię Jacek i mam ….dzieści kilka lat. Uczę się programować w C. Uczę oczywiście przez duuuże U. Teraz do rzeczy:

    Na forum kaktusa sprowadził mnie wujaszek google w poszukiwaniu informacji nt. właśnie czujki PIR. Bardzo ciekawy artykuł. Zakupiłem już w botlandzie dwie sztuki celem zmaltretowania (po dyszce za szt.). W trakcie wspomnianych poszukiwań natrafiłem na dwie strony nieco opisujące rzeczony moduł, wrzucam linki, może się komuś przydadzą. Natomiast doczytałem, że RT na płytce rzeczywiście służy przylutowaniu termistora celem kompensacji temperaturowej w upalne dni, kiedy to spada zasięg działania czujnika w temp. powyżej 30-32 °C.

    Poniżej linki:

    Pierwszy link
    Drugi link – do pobrania ze strony AVT.
    Niestety strony złapała jakiś błąd – może tymczasowy.

  3. ilonaz19 mówi:

    hej, kaktus jak nie zaschłeś to wrzuć program źródłowy w bascomie jak wykorzystać taką płytkę do własnych celów dzięki świetna robota !!!

  4. matti mówi:

    Witaj, widzę że masz problem z termistorem. Mogę się mylić, lecz patrząc na notę katalogową układu i wykonując kilka szybkich pomiarów pikaczem w mierniku otrzymałem (prawdopodobne) takie rozwiązanie: termistor musi mieć wartość 10kΩ. Pod tym linkiem masz notę: http://www.robotstore.it/open2b/var/product-files/431.pdf

    Termistor wchodzi na pin 13 w układzie, dając go otrzymujesz to co napisał @worner.

    • kaktus mówi:

      Ooo super …
      Dokument który zaprezentowałeś jest w nowej odsłonie, bo notką go nie nazwę … jest ciekawy z tytułu pełniejszego schematu.

      Dołączę go do opisu bo warto.
      Z ciekawości zapytam czy testowałeś czy ma to być termistor NTC czy PTC?
      Opis jest ale w piśmie obrazkowym więc dla większości czytelników nie zrozumiały ….

      Dziękuję za Twój wkład.

  5. Slawek mówi:

    Witam, mam pytanie odnośnie czujnika (fotorezystora) GL55.

    Piszesz na stronie:

    „GL5539LDR przy zupełnym zaciemnieniu ma oporność 5MΩ.”

    moje pytanie, czy to informacja sprawdzona miernikiem czy tylko przepisana z noty.
    Dodam, że mam wszystkie typy z serii GL55 i żaden nie trzyma się założeń z noty odnośnie dark resistance.
    Każdy z nich ma ponad 20MΩ w ciemności.

    • kaktus mówi:

      Sławku, zrobiłem sobie doświadczenie polegające na pomiarze rezystancji kilku sztuk posiadanych fotooporników w różnych warunkach oświetleniowych.
      Mogę powiedzieć, że biorąc pod uwagę niewielką tolerancję model:
      GL5516LDR – zaciemniony ~ 0,5MΩ
      GL5528LDR – zaciemniony ~ 1MΩ
      GL5537LDR – zaciemniony ~ 2MΩ
      GL5539LDR – zaciemniony ~ 5MΩ

      moje zaciemnianie polegało na zakrywaniu porcelanowym kubkiem w kolorze szarym, od dołu była szpara przez którą wychodziły przewody do multimetru.
      Mogę dodać, że przy dodatkowym zakryciu szpary dłońmi ostatni z typów pozostawał w większej rezystancji niż tu określona.

      Dodatkowo biorąc pod uwagę słowa z noty:

      Max. external voltage: Maximum voltage to be continuously given to component in the dark.
      Dark resistance: Refer to the resistance ten seconds after the 10Lux light is shut up.
      Max. power consumption: Maximum power at the environmental temperature 25℃.
      Light resistance: Irradiated by 400-600Lux light for two hours, then test with 10Lux under
      standard light source A(as colour temperature 2856K).
      γvalue: Logarithm of the ratio of the standard resistance value under 10Lux and that under
      100Lux.

      uważam, że wszystko jest OK.
      😉

  6. kazik mówi:

    A czy to nie będzie termistor CTR? Znalazłem gdzieś na schemacie że to ma być 1M. Ktoś już sprawdzał działanie?

    • kaktus mówi:

      Ja nie sprawdzałem – nie byłem zainteresowany tą opcją.

      Mogę zdradzić, że w niedalekiej przyszłości zaprezentuję alternatywny sensor ruchu, którym jestem zachwycony …. nie ma nic wspólnego z promieniowaniem IR ;-D

  7. Sławek mówi:

    Witam Kaktus i dziękuje za szybka odpowiedź.

    Mam cały szereg tych fotorezystorów i wielki problem z ich rozpoznaniem.

    U mnie każdy w Dark resistance ma powyżej 20MΩ i jedyne co mi pozostaje to zrobić komorę z źródłem światła np 10 lux do wykonania pomiarów. Irytuje mnie to co pisze w dokumentacji np gl5516 500kΩ do gl5546 10MΩ co nie jest nawet odchyłką od normy czy tolerancją 🙂

    Twoje pomiary chodź opis doświadczenia wskazuje, że powinny być mega nie dokładne, są aż za piękne 😉

    ps jeśli miał byś chwilę czasu i chęci prosił bym o sprawdzenie w inny sposób:

    dla mnie Dark resistance to „zupełna” ciemność. Zalepiam fotorezystor taśma izolacyjna gumowa czarną na tz. „torebkę” od przewodów, dociskając szczelnie, gdyż wydawało by się, że mikro szczelina nie odegra żadnej roli okazuje się jednak, że jest odwrotnie.

    Załęcze zdjęcie.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

8 − 2 =