Инфракрасный датчик движения HC-SR501

В этой статье приводится описание основных характеристик и принципов работы готового ИК датчика HC-SR501, который можно использовать как с ардуино так и отдельно.

Самое главное преимущество этого датчика на мой взгляд - это цена на алиэкспрес я его приобрел за 42 рубля с бесплатной доставкой в 2016г.
Вторым его преимуществом является простота подключения и использования, так как он не содержит ни каких интерфейсов и имеет всего три контакта (питание,общий и выход).

В режиме "H" на выходе появляется логическая единица (+3,3 вольта) что позволяет подключить датчик даже начинающему радиолюбителю.

Основные характеристики

• Размеры: 3,2 см х 2,4 см х 1,8 см (примерно)
• Чувствительности и времени задержки может быть отрегулировано
• Рабочее напряжение: DC 4.5V - 20V
• Ток: < 60 мA
• Выходной сигнал: высокий / низкий уровень (0 или 1), сигнал: 3,3 В TTL-уровень
• Дальность обнаружения: 3 - 7 Метра (регулируется потенциометром)
• Угол обнаружения: 120-140 ° (зависит от установленной линзы Френеля)
• Время задержки срабатывания: 5-300 секунд (регулируется потенциометром, по умолчанию 5 с -3%)
• Блокировка до следующего измерения: 2,5 секунды (можно изменить перепояв smd)
• Рабочая температура: -20 - 80 ° C
• Режим работы:
  • Режим H — в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень.
  • Режим L — в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс.

Внешний вид датчика движения

На фото выше датчик с обоих сторон и со снятой линзой Френеля.
Для настройки режимов работы на модуле имеются два потенциометра и перемычка их назначение думаю понятно с фото ниже:

Модернизация HC SR501

- Об регулировке б локировка до следующего измерения (2,5 сек.)
Как уже говорилось выше в основных характеристиках время блокировки можно изменить заменой smd ,
его сопротивление по умолчанию 1 МОм, на схеме ниже он обозначен R14 (между 5 и 6 ножками микросхемы)
Сопротивление можно немного уменьшить для увеличения быстродействия, к примеру замена этого резистора на 220 кОм уменьшает задержку в 5 раз, но будьте осторожны чрезмерное быстродействие может привести к тому что датчик будет включаться сразу после попытки выключения , такой эффект наблюдался уже при 100 - 180 кОм

- Фоторезистор в HC-SR501
Помимо стандартных органов чувств пироэлектрического датчика на плате hc SR501 можно еще установить фоторезистор. Часто свободные контакты на плате для подключения имеются. На схеме ниже его контакты обозначены как RL. При подключении фоторезистора устройство будет работать только в темноте. При освещенном фоторезисторе, его сопротивление мало, и напряжение на входе А3 микросхемы DA1 будет недостаточным для включения устройства.
Регулировать порог включения можно подключив параллельно резистору R9 подстроечный резистор. желательно подключить через сопротивление в 100 - 200 Ом чтоб не допускать замыкания при малых сопротивлениях фоторезистора.
Вроде бы все понятно, кто не понял спрашивайте в комментариях.

- Датчик шума в HC SR501
Возможно немного лишнее но возможность такая есть - подключение датчика шума от того же arduino.
Сигнальный провод через последовательно соединенные резистор в 10 кОм с конденсатором 10 мкф подключают к 13 ножке микросхемы DA1 (смотри схему)
Сам датчик шума лучше запитать от стабильного источника 3,3 -5 вольт, можно взять питание с стабилизатора
в HC-SR501 (7133) - микросхема DA2.

- (термистор) в HC-SR501
По некоторым данным к контактам RT ик датчика подключается терморезистор параллельно к R8,
О назначении его в интернете информации я не нашел. Поскольку это цепь между первой и второй ступенью усиления и сопротивление R8 на прямую влияет на чувствительность датчика, можно предположить что терморезистор должен обеспечить сработку датчика при пожаре или просто является элементом термостабилизации что на мой взгляд мало вероятно.
В общем и новый датчик заказаны (старый уже светом управляет) , придут опробую и опишу что по чем и зачем.
Если у вас есть ответ можете написать в комментариях.

HC SR501

Схема может отличатся от приведенной но очень не значительно.
Напряжение питания через защитный диод VD1 подается на микросхемный стабилизатор напряжения
HT 7133−1.
С1 — фильтрующий. Пироэлектрический датчик питается от стабилизатора напряжения через дополнительный RC фильтр, состоящий из резисторов R3, R4 и конденсатора С4. С выхода пироэлектрического датчика через резистор R2 сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя А1, вывод 14 микросхемы DA1. Резистор R2 является частью П — образного фильтра — С2, R2 и С5. Микросхема DA1 является специализированной микросхемой и по всей вероятности китайским детищем, потому как документация на нее на китайском языке. Схема DA1 из документации показана на рисунке 2, а типовая схема включения на рисунке 3. Кроме операционных усилителей и некоторых ячеек логики трудно что-либо понять. Но нам многого и не надо.

И так, усиленный ОУ А1 сигнал датчика, вывод 16 DA1, через разделительный конденсатор С6 и резистор R8 поступает на инвертирующий вход второго усилителя А2, вывод 13 DA1. Конденсаторы С7 и С9 по всей видимости, корректирующие, а резистор R10 — резистор обратной связи, от величины которого зависит коэффициент передачи данного усилителя. Коэффициент усиления А1 равен R10/R5. Коэффициент усиления ОУ А2 равен отношению суммы сопротивлений R6,R7 и сопротивления резистора R8. Kус = (R6 + R7)/R8. Резистор R7 подстроечный, что дает нам возможность регулировать чувствительность схемы. Другими словами, можно регулировать расстояние от датчика до объекта, на котором произойдет появление сигнала на выходе устройства. Вывод 9 DA1 подтянут к напряжению питания. С помощью его можно производить включение и выключение схемы. Если этот вывод соединить с общим проводом, то выходного сигнала на выводе 2 не появится. К разъему RL можно подключить фоторезистор, тогда устройство будет работать только в темноте. При освещенном фоторезисторе, когда его сопротивление мало, то и напряжение на входе А3 микросхемы DA1 будет недостаточным для включения устройства. Регулировать порог включения можно подстроечным резистором, подключенным параллельно резистору R9.

Микросхема DA1 имеет внутренний таймер. С помощью этого таймера можно выставлять время действия выходного сигнала на выводе 2. Времязадающей цепью этого таймера является резисторы R13, R15 и конденсатор С10. Регулировку времени производят резистором R15. Уровень логической единицы соответствует напряжение, равное двум вольтам, так что в некоторых случаях возможно потребуется согласующий каскад для работы с другими блоками. Ток потребления схемы очень маленький и равен всего 0,06 мА.

Проверка датчика

Проверить работу датчика очень просто, собрав на макетной плате простую схему. В качестве индикатора здесь используется обычный светодиод, с токоограничивающим резистором в 180 Ом, как показано на рисунке ниже.

Купить датчик можно HC-SR501 здессь .

Звуковые модули я беру

PIR-sensor переводится с английского как Pyroelectric (Passive) InfraRed sensor — пироэлектрический (пассивный) инфракрасный сенсор. Пироэлектричество — это свойство генерировать определенное электрическое поле при облучении материала инфракрасными (тепловыми) лучами. Поэтому PIR датчики позволяют обнаруживать движение людей в контролируемой зоне, так как тело человека излучает тепло.

HC-SR501 можно запитать напряжением от 4.5 до 20 Вольт,
его размеры примерно 3.2см x 2.4см x 1.8см,
Дистанция обнаружения 3 — 7м, регулируется переменным резистором "Sensitivity Adjust "
Длительность импульса при обнаружении 5 — 200сек регулируется переменным резистором "Time Delay Adjust "
Рабочая температура -20 — +80°C

Режимы работы
L и H
Режим H — в этом режиме при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе (на OUT) остается высокий логический уровень.
Режим L — в этом режиме на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс.

Например : выставляете включение света на 5 сек.
— режим L : есть движение — свет включился, через 5 сек. выключился. Если всё время ходить перед датчиком — свет вкл-выкл-вкл-выкл и т.д.
— режим Н : есть движение — свет включился, через 5 сек. выключился. Если всё время ходить перед датчиком — свет всё время включён.

После подключения питания на датчик, необходимо подождать примерно 1 минуту, датчик после включения калибруется. Не выполняйте в это время с ним никаких действий.

Как только датчик зафиксирует движение, на выходе Out появится напряжение и будет оставаться там определенное время, установленное подстроечным резистором Delay . Этим выходным напряжением мы и включаем небходимое устройство. Это может быть лампа освещения, вентилятор, звуковой оповещатель. Конечно, напрямую с датчика не получится запитать эти устройства, выход слаботочный, поэтому нам понадобится что-то еще, чтобы коммутировать мощную нагрузку.
Самый простой вариант - использовать полевые транзисторы со старой материнской платы компьютера.

Можно поиграться настройкой чувствительности и установкой модуля в разные места дома
Чтобы модуль не тормозил, можно заменить R12 (который идет на 6 выход микросхемы) на 100 Ом, он задает частоту общего генератора.
Если датчик применяется для включения освещения, можно установить на плату фоторезистор, тогда в светлое время суток датчик не будет давать сигнал на включение. Для фоторезистора на плате имеются установочные отверстия над входными штырьками. Также имеются отверстия для установки терморезистора. Его установка позволит увеличить чувствительность датчика и точность его работы.

Не стоит располагать PIR-датчик в местах, где быстро меняется температура. Это приведет к тому, что датчик не сможет обнаруживать появление человека в контролируемой зоне, и будет много ложных срабатываний, но с установленным терморезистором такой проблемы не будет.

Можно сделать свой дом чуточку умнее и экономичнее, установив такие датчики в местах, где требуется включение освещения лишь во время нахождения там человека или теплокровного животного.

В настоящее время, в широкой продаже имеются пиродатчики, или инфракрасные датчики движения. Принцип работы пиродатчика здесь описываться не будет. Скажу только, что пиродатчик предназачен для регистрации движения человека. В этом конкретном устройстве используется пиродатчик HC-SR501.

Модуль с датчиком HC-SR501

Он представляет собой небольшую печатную плату, на которой расположена линза. На этой плате есть три точки для соединения с внешней схемой - точка Vрр (питание от 5 до 20V), тока Out (выход, при срабатывании на нем напряжение 3,ЗV), и GND (общий минус).

На плате есть два подстроечных резистора, одним из которых регулируется чувствительность датчика (дальность регистрации движения от 3 до 7 метров), другим время в течение которого на выходе при срабатывании держится напряжение 3,ЗV (от 5 секунд до 200 секунд). Еще перемычка на два положения «Н» и «L».

Для того чтобы датчик работал в данной конструкции нужно перемычку на его плате поставить в положение «Н», резистор регулировки времени в положение минимального времени. Ну а резистор регулировки чувствительности в такое положение, в котором будет необходимая чувствительность. На рисунке 1 схематически показана плата пиродатчика с расположением на ней органов подключения и управления.

Рис. 1. Органы настройки и подключения датчика HC-SR501.

Принципиальная схема охранного устройства

Сигнализация работает на электронную сирену В1, в качестве которой используется стандартная сирена для автомобильной сигнализации. Этим обусловлено напряжение питания схемы. Основу схемы составляет логическая микросхема D1 типа К561ЛЕ10 (или зарубежный аналог 4025). Эта микросхема состоит из трех логических элементов «ЗИЛИ-НЕ» КМОП логики. При питании от источника 12V напряжение на выходе пиродатчика F1 (3,3V) будет недостаточно, поэтому после него включен каскад на транзисторе VТ1, он повышает уровень логической единицы но инвертирует напряжение. Чтобы исправить инверсию, внесенную транзистором VТ1 служит элемент D1.1, включенный инвертором.

Рис. 2. Принципиальная схема охранного устройства на основе пиродатчика HC-SR501.

Теперь, при срабатывании пиродатчика на выходе элемента D1.1 будет логическая единица. На двух других элементах микросхемы собран RS-триггер с цепью обратного сброса на С2 и R4.

Как только триггер устанавливается в состояние с логической единицей на выходе D1.3 конденсатор С2 начинает медленно заряжаться через R4, и примерно через 20 секунд напряжение на нем достигает порога срабатывания логической единицы. И триггер возвращается в исходное положение.

Блокировка триггера осуществляется цепью C1-R3. Пока С1 разряжен или замкнут блокирующий выключатель S10 напряжение на выводе 12 D1.3 - логическая единица. Пока есть такое состояние напряжение на выходе элемента D1.3 не зависит от напряжения на соединенных вместе выводах 1 и 2 элемента D1.2. Поэтому схема на состояние пиродатчика не реагирует.

После выключения S10 конденсатор С1 через резистор R3 начинает медленно заряжаться и примерно через 20 секунд напряжение на нем достигает порога срабатывания логического нуля. Теперь триггер будет реагировать на пиродатчик, и при его срабатывании на выходе D1.3 установится логическая единица. Ключ на VТ2 и VТЗ откроется и подастся питание на сирену.

Отключение сигнализации происходит в два этапа. Сначала нужно нажать кнопки кода на клавиатуре из кнопок S0-S1. Клавиатура сделана по схеме простого кодового замка. Все кнопки переключающие.

Все включены последовательно в цепь, но кнопки, образующие код включены нормально разомкнутыми контактами, а все остальные - нормально замкнутыми. В результате цепь замыкается если нажать одновременно только кнопки, образующие код. Во всех остальных случаях цепь не замыкается. Код задается монтажом кнопок.

На рисунке показан вариант для кода «045», - при одновременном нажатии кнопок SO, S4 и S5 цепь замыкается и разряжает конденсатор С1. Теперь около 20 секунд схема не будет реагировать на пиродатчик, можно войти в помещение и окончательно заблокировать сигнализацию выключателем S10 (включить его).

Время, в течение которого схема не чувствительна к пиродатчику (время на вход и блокировку или на разблокировку и выход)зависит от параметров цепи C1-R3. Минимальное время, в течение которого звучит сигнализация - цепью R4-C2.

Детали и монтаж

В1 - любая электронная сирена для автомобильной сигнализации. Кнопки S0-S9 - тумблерные, переключающие, без фиксации. Монтаж логической части выполнен на печатной плате, показанной на рисунке 3.

Рис. 3. Печатная плата для охранного устройства на основе пиродатчика HC-SR501.

Кнопки клавиатуры S0-S9 установлены на отдельной панели, и распаяны монтажными проводниками, соответственно заданному коду.

Каравкин В. РК-2015-11.

В борьбе за срок жизни ламп накаливания на лестничной площадке испробовал достаточно большое количество схем их защиты. Это были и простые диоды и схемы плавного включения, и аккустические датчики. Не все зарекомендовали себя с положительной стороны. Зайдя на сайт Aliexpress, наткнулся на пироэлектрический датчик HC-SR501 . При цене менее одного доллара, датчик обладает рядом положительных качеств, а именно: питание от 5 до 20 вольт, зона обнаружения движения от 3 до 7 метров, задержка выключения от 5 до 300 секунд. (Полное описание здесь приводить не вижу смысла, поскольку этой информации более чем достаточно ). Внешне датчик выглядит следующим образом:

Как раз то, что нужно для освещения лестничной площадки, где не так часто ходят люди и постоянное свечение лампы ни к чему.

На фото ниже обозначены точки подключения общего провода (GND), выход сигнала о срабатывании (Output) и шины питания (+Power). На плате установлены два переменных сопротивления: один регулирует зону срабатывания (Sensitivity Adjust), другой задержку выключения (Time Delay Adjust).

Кроме того, имеется джампер для переключения режимов H и L . В режиме L датчик, зафиксировав движение, выдает на выход сигнал высокого уровня. Не зависимо от того, есть в зоне обнаружения дальнейшее движение или нет, через установленное время задержки (например, 30 секунд), сигнал на выходе будет отключен.

В режиме Н сигнал на выходе исчезнет только после времени истечения задержки от момента последней фиксации движения в зоне обнаружения. То есть прошли через зону движения - он выключится через 30 секунд, находитесь и двигаетесь в зоне обнаружения 10 минут и выходите из нее - он выключится через 30 секунд. Пока вы в зоне обнаружения - датчик не выключится.

Как раз то, что нужно для освещения лестничной площадки, где не так часто ходят люди и постоянное свечение лампы ни к чему. Изучив даташит и материалы в сети, отбросил варианты использования Arduino, как чрезмерно затратные и набросал следующую схему.

Функционально устройство состоит из трех узлов:

1. самого датчика HC-SR501;
2. исполнительного устройства, состоящего из резистора R3, транзистора VT1, диода D1 и реле Р1, где R3 и VT1 служат связующим звеном между датчиком и реле. Без них нагрузочная способность датчика столь низка, что напрямую можно подключить лишь светодиод;
3. бестрансформаторного блока питания, где R1 необходим для снижения пускового тока (зачастую им можно пренебречь), конденсатор С1 с номиналом от 0,47 - 0,68 мкФ с рабочим напряжением минимум 250 вольт обеспечивает на выходе ток до 0,05 А, R2 необходим для разрядки конденсатора С1 после отключения устройства от сети.

Для чего диодный мост всем известно. Фильтрующий конденсатор следует выбирать с рабочим напряжением не менее 25 вольт. Ну, и наконец стабилитрон устанавливает напряжение на выходе блока питания на уровне 12 вольт. Выбор стабилитрона именно на 12 вольт обусловлен с одной стороны диапазоном питания датчика от 3 до 20 вольт, с другой рабочим напряжением реле - 12 вольт.

Отдельно стоит сказать о транзисторе. Это практически, любой тразистор NPN структуры - 2N3094, ВС547, КТ3102, КТ815, КТ817 и т.д. и т.п.

Реле с практически любым сопротивлением катушки, напряжением коммутации 250 вольт и током 3 ампера, что даст возможность безболезненно коммутировать нагрузку мощностью в несколько сот ватт.