سنسور PIR مخفف «سنسور مادون قرمز غیرفعال» است و در پروژه‌هایی که نیاز به تشخیص حرکت انسان یا ذرات در محدوده خاصی است، کاربرد دارد. همچنین به عنوان سنسور تشخیص حرکت یا سنسور IR نیز شناخته می‌شود.

از آنجایی که سنسورهای PIR عملکردی قدرتمند و مزایایی کم هزینه دارند، در بسیاری از پروژه‌ها و خصوصاً توسط جامعه سخت‌افزاری منبع باز در پیاده‌سازی پروژه‌های مربوط به آردوینو و رزبری پای، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله قصد داریم به معرفی سنسور PIR و نحوه عملکرد آن بپردازیم.

سنسور تشخیص حرکت چیست؟

سنسور حرکت (یا تشخیص حرکت) یک دستگاه الکترونیکی است که برای تشخیص و اندازه‌گیری حرکت طراحی شده است. سنسورهای حرکت عمدتاً در سیستم‌های امنیتی خانگی و تجاری استفاده می‌شوند، اما می‌توان آن‌ها را در تلفن‌ها، کنسول‌های بازی و سیستم‌های واقعیت مجازی نیز یافت.

برخلاف بسیاری از سنسورها (که دستی و جدا هستند)، سنسورهای حرکت معمولاً سیستم‌های تعبیه شده با سه جزء اصلی هستند: واحد حسگر، رایانه تعبیه شده و سخت افزار (یا قطعه مکانیکی).

اندازه و پیکربندی این سه قسمت متفاوت است، زیرا سنسورهای حرکت را می‌توان برای انجام عملکردهای خاص، سفارشی کرد. به عنوان مثال، از سنسورهای حرکتی می‌توان برای فعال کردن نورافکن‌ها، ایجاد آلارم‌های شنیداری، فعال‌سازی کلیدها و حتی هشدار به پلیس استفاده کرد.

دو نوع سنسور حرکت وجود دارد: سنسورهای حرکت فعال و سنسورهای حرکت غیرفعال. سنسورهای فعال دارای فرستنده و گیرنده هستند. برخلاف سنسور حرکت فعال، سنسور حرکت غیرفعال فرستنده ندارد و حرکت را بر اساس افزایش تابش در محیط، تشخیص می‌دهد.

پرکاربردترین نوع سنسور حرکت غیرفعال در سیستم‌های امنیتی خانه، سنسور مادون قرمز غیرفعال (PIR) است. سنسور PIR برای تشخیص اشعه مادون قرمزی که به طور طبیعی از بدن انسان  ساطع می‌شود، طراحی شده است. گیرنده سنسور در فیلتری قرار دارد که فقط اجازه عبور مادون قرمز از آن را می‌دهد. وقتی فردی وارد حوزه تشخیص سنسور PIR می‌شود، تفاوت تابش باعث ایجاد بار مثبت در گیرنده می‌شود. این تغییر باعث می‌شود واحد سنجش، داده‌های الکتریکی را به قطعه کامپیوتر و سخت افزار تعبیه شده ارسال کند.

سنسور PIR چیست؟

سنسور مادون قرمز غیرفعال یک سنسور الکترونیکی است که نور مادون قرمز تابش شده از اجسام در محدوده دید خود را اندازه‌گیری می‌کند. از این سنسورها اغلب در تشخیص‌دهنده‌های حرکت مبتنی بر PIR استفاده می‌شود. سنسورهای PIR معمولاً در آلارم‌های امنیتی، هشدارهای تشخیص حرکت و کاربردهای روشنایی خودکار استفاده می‌شوند.

سنسور PIR چه چیزی را تشخیص می‌دهد؟

دوربین مداربسته هایک ویژن با قابلیت PIR چه چیزی را می تواند تشخیص دهد؟

از نظر فنی، PIR از یک سنسور پیرالکتریک (Pyroelectric) ساخته شده است که قادر به تشخیص سطوح مختلف تابش مادون قرمز است. به عنوان مثال، هر چیزی از خود تابش منتشر می‌کند و سطح تابش با افزایش دمای جسم افزایش می‌یابد. این نوع انتشار برای چشم انسان قابل مشاهده نیست، اما حسگرهایی که از طول موج مادون قرمز استفاده می‌کنند قادر به تشخیص آن هستند.

به دلیل این واقعیت که هیچ حرارت یا انرژی توسط خود سنسور منتشر نمی‌شود ، آن‌ها را “غیرفعال” می‌نامند. به خاطر داشته باشید که سنسورهای PIR انتشار تابش مادون قرمز را تشخیص می‌دهند، نه گرما را.

سنسور PIR چگونه کار می‌کند؟

سنسورهای مادون قرمز غیرفعال از یک جفت سنسور پیرالکتریک برای تشخیص انرژی گرمایی در محیط اطراف استفاده می‌کنند. این دو سنسور در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و هنگامی که تفاوت سیگنال بین دو سنسور تغییر می‌کند (برای مثال، اگر شخصی وارد اتاق شود)، سنسور به کار می‌افتد. این اتفاق ممکن است به معنای فعال شدن زنگ هشدار، مطلع کردن مقامات یا شاید روشن شدن یک چراغ نورافکن باشد.

سنسورهای PIR با استفاده از تغییر تفاضلی مثبت کار می‌کنند. سنسور PIR در مقایسه با سایر سنسورها بسیار پیچیده است زیرا که این سنسورها از 2 اسلات تشکیل می‌شوند و خود اسلات‌ها نیز از مواد حساس ساخته شده‌اند. دو اسلات حساس به IR (IR-sensitive) در جلوی لنز قرار دارند و میدان دید آنها محدوده تشخیص را تعیین می‌کند.  هنگامیکه سطح مادون قرمز تشخیصی در اتاق، در هر دو اسلات یکسان باشد سنسور در حالت غیرفعال قرار دارد.

هنگامی که یک شی، شخص یا حیوان در منطقه تشخیص سنسور حرکت می‌کند، یکی از اسلات‌ها قبل از دیگری این حرکت را حس می‌کند و این امر باعث تغییر تفاضلی مثبت بین دو اسلات می‌شود و هنگامیکه  آن جسم یا شی از ناحیه سنجش خارج می‌شود، سنسور تغییرات تفاضلی منفی ایجاد می‌کند.

بسیار مهم است که خود سنسور PIR را درون ماده‌ای مثل سیلیکون که تأثیرات خارجی دما یا رطوبت را کاهش می‌دهد، قرار دهید.

اشعه مادون قرمز بر روی هر یک از دو سنسور پیرالکتریک با استفاده از یک سری لنزهایی که به عنوان محفظه سنسور ساخته شده‌اند، متمرکز می‌شود. این لنزها ناحیه حسگر دستگاه را گسترده‌تر می‌کنند. اگرچه تنظیمات لنزها و الکترونیک سنسورها پیچیده است اما استفاده از آن‌ها در یک برنامه کاربردی آسان است. شما فقط به برق و زمین نیاز دارید تا سنسور خروجی‌ای تولید کند که برای استفاده از میکروکنترلر به اندازه کافی قوی باشد.

محدوده سنسورهای PIR مختلف

  • مادون قرمز غیرفعال داخلی (Indoor passive infrared): فاصله تشخیص از 25 سانتی‌متر تا 20 متر متغیر است.
  • مدل پرده داخلی (Indoor curtain-type): فاصله تشخیص از 25 سانتی‌متر تا 20 متر متغیر است.
  • مادون قرمز غیرفعال خارجی (Outdoor passive infrared): فاصله تشخیص از 10 متر تا 150 متر متغیر است.
  • Outdoor passive infrared curtain detector: فاصله تشخیص از 10 متر تا 150 متر متغیر است.

آیا سنسورهای PIR در تاریکی کار می‌کنند؟

بله، سنسورهای تشخیص حرکت در تاریکی کار می‌کنند. روشی که یک سنسور، حرکت را تشخیص می‌دهد هیچ ربطی به میزان روشنایی یا تاریکی ندارد. از آنجا که اشعه مادون قرمز می‌تواند بدون توجه به میزان نور در محیط تشخیص داده شود، سنسور حرکت PIR در تاریکی به درستی کار می‌کند.

سنسورهای PIR سازگار با حیوانات خانگی

هشدارهای مبتنی بر سنسور PIR می‌توانند طوری طراحی شوند که اشکال خاصی از اجسام متحرک را نادیده بگیرند یا فقط حرکت در ارتفاع مشخصی را تشخیص دهند. با وجود این ویژگی خانواده‎‌هایی که حیوان خانگی دارند  با خیال راحت از سنسورهای PIR استفاده می‌کنند بدون اینکه نگران این باشند که حرکت حیواناتشان باعث فعال شدن سنسورها می‌شود.