آموزش الکترونیک

سنسور حرکتی PIR چگونه کار میکند؟

سنسورهای PIR برای تشخیص حرکت انسان در محیط استفاده می‌شوند. این سنسور ها در اندازه های کوچک و با قیمت مناسب ارائه می شوند و نحوه استفاده از آن ‌ها آسان است. به همین دلیل در وسایل خانگی و اسباب بازی ها به کار می روند. اغلب با نام سنسور مادون قرمز غیرفعال (Passive Infra-Red) و یا حساس به حرکت (Pyroelectric) یا حرکت IR شناخته می شوند. PIR ها از یک سنسور پیروالکتریسیته ساخته می‌شوند (که در شکل زیر با یک بخش مستطیلی نشان داده شده)، که  توانایی تشخیص نور مادون قرمز را دارد.

سنسور PIR چیست؟

سنسور حرکتی PIR

همه اجسام از خود اشعه مادون قرمز ساطع می کنند، ولی این میزان برای اجسام گرم تر، بیشتر است. سنسوری که در آشکارساز حرکت وجود دارد، به دو بخش تقسیم می شود این دو بخش به یکدیگر وابسته می باشند و اگر یکی از این دو بخش نور مادون قرمز بیشتر و یا کمتری را تشخیص دهد، سطح ولتاژ خروجی high یا low خواهد شد.

سنسور پیروالکتریسیته در کنار یک دسته مدار پشتیبانی، مقاومت‌ها و خازن‌ها قرار دارد. اکثر سنسورهای کوچک که برای سرگرمی هستند، از آی سی BISS0001 که یک چیپ بسیار ارزان است، استفاده می کنند. این چیپ سیگنال آنالوگ سنسور را دریافت کرده و پردازش جزئی روی آن انجام می‌دهد تا یک پالس دیجیتال در خروجی ایجاد کند. PIR های قدیمی به شکل زیر هستند:

سنسور های PIR قدیمی

PIR های جدید قابلیت تنظیم بیشتری دارند و روی صفحه آن 3 پین GND، OUTPUT و VCC نصب شده است.

تصویر از سنسور های PIR

برای بسیاری از پروژه‌ ها و یا تولیداتی که نیاز به تشخیص زمان ورود و خروج فرد به یک محیط یا نزدیک شدن به آن است، سنسورهای PIR مناسب هستند. آن‌ ها توان مصرفی کم، قیمت پایین، توانمندی بالا و اندازه گیری طیف گسترده بوده و برقراری ارتباط با آنها نیز آسان می باشد. در نظر داشته باشید که این سنسورها در مورد تعداد افرادی که در محیط قرار دارند و یا در مورد میزان فاصله آن ها از سنسور اطلاعاتی نمی دهند. بلکه لنز آن در یک فاصله و شرایط رفت و برگشتی ثابت قرار گرفته و البته توسط فرد قابل تنظیم است.

نحوه کار سنسور PIR

ساختار سنسورهای PIR نسبت به دیگر سنسورها مانند فتوسل و … پیچیده تر است. زیرا متغیرهای زیادی هستند که در ورودی و خروجی آن تاثیر گذارند. برای بررسی ابتدایی اینکه سنسور به چه صورت کار می کند، از تصویر زیر کمک گرفته شده است.

نحوه کار سنسور PIR

درون سنسورهای PIR از دو بخش تشکیل شده است که هر کدام از ماده خاصی برای تشخیص نور مادون قرمز ساخته شده است. لنزی که در اینجا استفاده می شود، کار زیادی انجام نداده و دو بخش اصلی با توجه به میزان حساسیت تنظیم شده است. در وضعیت عادی هر دو بخش سنسور به یک میزان نور مادون قرمز از محیط اطراف مانند اتاق، دیوار و یا خارج از منزل دریافت می کنند. وقتی که یک جسم گرم مانند انسان یا یک موجود زنده از جلوی سنسور عبور می کند، میزان نور دریافتی یکی از دو بخش سنسور را ابتدا تغییر می دهد، و سنسور در خروجی یک سطح مثبت ایجاد می کند. زمانی هم که جسم از جلوی سنسور عبور کرد، شرایط به حالت قبل برمیگردد و در خروجی سنسور یک سطح منفی ایجاد می گردد. همین تغییرات سطح در واقع همان تشخیص حرکت می باشد.

سنسور مادون قرمز در PIR

سنسور مادون قرمز در یک محفظه مهر و موم شده ی فلزی قرار دارد که از آن در برابر نویز، دما و رطوبت محافظت می کند. بر روی این محفظه یک پنجره وجود دارد که از مواد سیلیکونی پوشیده شده و انتقال دهنده موج مادون قرمز می باشد و از بخش حسگر محافظت می کند. در پشت این پنجره دو سنسور بالانس شده قرار دارند.

سنسور مادون قرمز در PIR

تصویر بالا ناحیه مورد نظر و دو سنسور را نشان می دهد.

نمای داخلی محفظه سنسور PIR

اگر در مورد این مطلب سوالی دارید در قسمت نظرات بپرسید

این تصویر نیز نمای داخلی محفظه فلزی را به طور کامل نشان می دهد. در واقع یک ترانزیستور JFET  در آن وجود دارد که نویز بسیار پایینی داشته و به صورت بافر عمل می کند و باعث می شود که امپدانس بسیار بالای سنسورها توسط تراشه های ارزان قیمتی مانند BIS0001 قابل تشخیص باشد.

لنز در سنسور حرکتی PIR

سنسور های PIR از لحاظ قیمت و حساسیت با یکدیگر تفاوت ارند. بسیاری از اتفاقات اطراف ما به نور وابسته هستند، بنابراین در نظرگرفتن ویژگی نور در ساخت قطعات ایده ای بسیار مناسب بوده که سنسور های PIR بر پایه آن استوار می باشند. لنزهایی که برای این سنسور ها استفاده می شود قیمت بسیار پایینی داشته و می تواند در وسعت و دامنه و الگوی حساسیت سنسور به راحتی تاثیر بگذارد.

طبق تصاویر بالا لنز موجود بر روی سنسور فقط یک پلاستیک ساده می باشد و به این معناست که ناحیه تشخیص سنسور فقط یک ناحیه مستطیلی است. در حالی که در اکثر مواقع ما به دنبال ناحیه تشخیص بزرگتری هستیم، برای این منظور احتیاج به لنزی مشابه لنز دوربین داریم که فضای گسترده تری را پوشش دهد.

بر اساس دلایل بیان شده لنز سنسور های PIR کوچک و سبک بوده و از پلاستیک ارزان قیمت ساخته شده است، اگرچه این کار می تواند باعث بروز مقداری نویز در عملکرد آن شود. به این لنزها اصطلاحا لنز فرنل گفته می شود:

لنز در سنسور حرکتی PIR

3.5 (4 نفر)

برای دریافت مطالب جدید کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام ما را دنبال کنید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید قرار بدهم. سوالات مربوط به این مطلب را در قسمت نظرات همین مطلب اعلام کنید. سعی میکنم در اسرع وقت به نظرات شما پاسخ بدهم.

2 نظر

    1. سلام عزیز
      خوشحالم که براتون مفید واقع شده

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *