Cảm biến chuyển động – Bảo vệ tài sản của bạn

Xã hội ngày càng phát triển, và điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng lên những tệ nạn trộm cắp tài sản. Nhưng đừng lo lắng, hôm nay tôi sẽ giới thiệu với các bạn một cách để bảo vệ tài sản của bạn – một mạch cảm biến chuyển động. Điều tuyệt vời là bạn có thể mở rộng ý tưởng này theo cách riêng của bạn.

Cảm biến chuyển động PIR là gì?

PIR viết tắt của Passive InfraRed sensor – cảm biến hồng ngoại thụ động. Nó sử dụng tia hồng ngoại để kích thích, và các tia này xuất phát từ các vật thể nóng. Mọi con người đều có nhiệt độ sinh lý (thường là 37 độ C) và phát ra tia nhiệt – hay còn gọi là tia hồng ngoại. Một cảm biến chuyển đổi tia nhiệt thành tín hiệu điện để phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì không tự phát nhiệt, mà chỉ phụ thuộc vào nguồn nhiệt từ các vật thể khác, chẳng hạn như con người và động vật.

Trước khi đi vào chi tiết, hãy cùng tìm hiểu cấu trúc của một cảm biến PIR (xem hình bên dưới).

Cấu trúc của một cảm biến PIR

Cảm biến PIR này có 2 cảm biến tia nhiệt và có 3 chân kết nối. Bạn có thể cấp nguồn điện cho nó từ 3 đến 15V. Để tăng độ nhạy của cảm biến, bạn có thể sử dụng kính Fresnel, một loại kính được thiết kế cho cảm biến có 2 cảm biến, góc dò lớn và chức năng chống tia tử ngoại.

Hãy xem hình vẽ dưới đây để hiểu cách sử dụng cảm biến PIR để phát hiện chuyển động ngang.

Cách sử dụng cảm biến PIR để phát hiện chuyển động ngang

Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR

Các nguồn nhiệt, bao gồm con người và động vật, đều phát ra tia hồng ngoại. Cảm biến PIR sẽ lọc và tiêu thụ tia hồng ngoại thông qua kính Fresnel, sau đó tạo ra một tín hiệu điện được khuếch đại bằng transistor FET. Khi có một vật nóng di chuyển ngang qua cảm biến PIR, hai cảm biến sẽ tạo ra hai tín hiệu và tín hiệu này sẽ kích hoạt mạch điều khiển hoặc báo động.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR

Hình vẽ cho thấy 2 vùng cảm ứng nhạy cảm tương ứng với 2 cảm biến trong cảm biến PIR. Khi một con vật di chuyển ngang, các tia nhiệt phát ra từ cơ thể của nó sẽ bị tiêu thụ bởi kính Fresnel và sau đó tác động lên cảm biến hồng ngoại. Vì vậy, khi có một con vật đi ngang qua, chúng ta sẽ thấy một tín hiệu xuất hiện ở ngõ ra của cảm biến. Tín hiệu này có thể được sử dụng để điều khiển đèn hoặc báo động khi có kẻ lạ xâm nhập vào nhà.

Bây giờ, hãy nói về các tia nhiệt. Mọi vật thể đều được tạo thành từ các phân tử nhỏ li ti, và nhiệt là một dạng năng lượng tạo ra từ sự dao động của các phân tử. Từ những dao động này, tia nhiệt được phát ra. Với giác quan thông thường, chúng ta cảm nhận nó là sức nóng. Mỗi người đều có nguồn nhiệt tự nhiên với nhiệt độ ổn định ở mức 37 độ C. Với một linh kiện cảm ứng thân nhiệt, chúng ta có thể phát hiện con người. Đây chính là ý tưởng của thiết bị phát hiện chuyển động, được kích hoạt bởi nguồn nhiệt từ con người.

Vật liệu pyroelectric được sử dụng làm cảm biến dò tia nhiệt

Vật liệu pyroelectric được gắn giữa hai bản cực. Khi có tác động từ tia nhiệt, hai bản cực sẽ tạo ra tín hiệu điện. Tín hiệu này cần được khuếch đại vì yếu, và trong cảm biến PIR, hai cảm biến pyroelectric được gắn ngang nhau và kết nối với cổng của một transistor FET để khuếch đại tín hiệu. Khi cảm biến pyroelectric đầu tiên nhận tia nhiệt, nó sẽ tạo ra tín hiệu. Khi nguồn nhiệt di chuyển ngang, cảm biến pyroelectric thứ hai sẽ nhận tia nhiệt và tạo ra tín hiệu điện. Sự xuất hiện của hai tín hiệu này cho biết có một nguồn nhiệt di động ngang và mạch điện tử sẽ kích hoạt tín hiệu điều khiển. Tín hiệu này có thể được sử dụng để bật tắt đèn hoặc báo động khi có người lạ xâm nhập.

Chuẩn bị

  • Board Arduino UNO R3
  • Cảm biến chuyển động PIR
  • Một đèn LED
  • Một cái loa

Lập trình

int ledPin = 13; // Chọn chân 13 cho LED báo hiệu
int inputPin = 2; // Chọn ngõ tín hiệu vào cho PIR
int pirState = LOW; // Bắt đầu với không có báo động
int val = 0;
int pinSpeaker = 10; // Chọn chân cho chuông khi có xâm nhập

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(inputPin, INPUT);
  pinMode(pinSpeaker, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  val = digitalRead(inputPin); // Đọc giá trị đầu vào
  if (val == HIGH) { // Nếu giá trị ở mức cao (1)
    digitalWrite(ledPin, HIGH); // Bật đèn LED
    playTone(300, 160); // Kêu chuông
    delay(150);
    if (pirState == LOW) {
      Serial.println("Phát hiện chuyển động!");
      pirState = HIGH;
    }
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW); // Tắt đèn LED
    playTone(0, 0); // Dừng chuông
    delay(300);
    if (pirState == HIGH) {
      Serial.println("Kết thúc chuyển động!");
      pirState = LOW;
    }
  }
}

void playTone(long duration, int freq) {
  duration *= 1000;
  int period = (1.0 / freq) * 1000000;
  long elapsed_time = 0;
  while (elapsed_time < duration) {
    digitalWrite(pinSpeaker, HIGH);
    delayMicroseconds(period / 2);
    digitalWrite(pinSpeaker, LOW);
    delayMicroseconds(period / 2);
    elapsed_time += (period);
  }
}

Cấu trúc của cảm biến chuyển động

Hình 1: Các chân GND, VCC và OUT trên cảm biến chuyển động

Lắp mạch thực tế

Lắp mạch thực tế

Hình 2: Lắp mạch thực tế

Để hiểu rõ hơn về cách lắp mạch và lập trình chi tiết, hãy xem video hướng dẫn sau đây.

Đừng để tài sản của bạn trở thành mục tiêu của kẻ xấu. Hãy sử dụng cảm biến chuyển động PIR để bảo vệ ngôi nhà và tài sản của bạn.