Statischen Menschen mit PIR erkennen

In diesem Beitrag wird eine Methode erläutert, mit der wahrscheinlich die Fähigkeit eines passiven Infrarotsensors verbessert werden kann, selbst statische oder stationäre menschliche Anwesenheit zu erkennen. Diese Funktion ist bei herkömmlichen PIR-Sensoren normalerweise nicht möglich.

Wie PIR menschliche Präsenz erkennt

Ich habe bereits viele PIR-basierte Bewegungsmelderanwendungen auf dieser Website besprochen. Bei all diesen Anwendungen muss jedoch die Anwesenheit des Menschen ständig in Bewegung sein, damit die PIR ihre Anwesenheit weiterhin erkennt. Dies scheint ein großer Nachteil zu sein, der verhindert, dass diese Einheiten erfassen eine konstante oder stationäre menschliche Besetzung.

Der oben erläuterte Nachteil hat jedoch einen Grund. Die herkömmlichen PIR-Sensoren erfassen die IR-Signale eines menschlichen Körpers über ein paar parallele Schlitze an ihrer Frontlinse, und ihre interne Schaltung wird nur aktiviert, wenn sich die IR-Signale zwischen diesen Erfassungsschlitzen kreuzen ('Visionen').

Das Kreuzen von IR-Signalen über die Erfassungsschlitze ermöglicht es der PIR-Schaltung, die Informationen in zwei entsprechende Wechselimpulse umzuwandeln, die wiederum gleichgerichtet werden, um die Auslösespannung am Ausgangspin des PIR zu erzeugen.

PIR kann Briefpapierziel nicht erkennen

Dies bedeutet, dass das PIR-Modul bei bewegungsloser IR-Quelle keinen Trigger über seinen Ausgangspin erzeugt. Dies impliziert auch, dass das IR-Signal von der Quelle die gegebenen PIR-Erfassungsschlitze irgendwie weiter kreuzen sollte, damit es einen gegebenen Menschen innerhalb der Zone erfassen kann.

Es scheint, dass es keine direkte oder einfache Lösung dafür gibt, da die PIR-Module dafür nicht intern modifiziert werden können, was das Gerät daran hindert, stationäre menschliche Präsenz zu erkennen.

Eine logische Beobachtung sagt uns jedoch, dass wenn es sich um eine variierende IR-Quelle handelt, die erforderlich sein kann, um das PIR-Modul aktiviert zu halten, warum nicht das PIR selbst gezwungen werden sollte, sich anstelle des Subjekts in ständiger Bewegung zu befinden.

Das Konzept kann anhand der folgenden GIF-Simulation visualisiert werden, die ein oszillierendes PIR-Modul und einen statischen Menschen in der Erfassungszone zeigt.

Hier können wir sehen, wie sich ein oszillierender PIR an das Problem anpasst und sich selbst transformiert, sodass selbst statische IR-Objekte erkannt werden können.

Dies wird möglich, weil das PIR-Modul durch seine Bewegung die stationäre IR-Quelle über seine beiden Empfangsschlitze in eine sich ständig ändernde IR-Bildgebung umwandelt.

Obwohl die Idee komplex aussieht, kann sie tatsächlich einfach mit einer langsam oszillierenden PwM-gesteuerten Motorschaltung gelöst werden.

In den folgenden Abschnitten lernen wir den gesamten Mechanismus und die Schaltungsdetails kennen.

Wie bereits erwähnt, können herkömmliche PIR-Module nur sich bewegende lebende Objekte erfassen und kein stationäres Ziel identifizieren, wodurch ihre Anwendung nur als menschlicher Bewegungsmelder eingeschränkt wird.

Für Anwendungen, bei denen in solchen Szenarien die Erkennung von bewegungslosen Personen erforderlich wird, kann eine herkömmliche PIR unbrauchbar werden und möglicherweise eine externe Anordnung zur Aufrüstung selbst erfordern.

Entwerfen von PIR zur Erkennung bewegungsloser Ziele

Im obigen Abschnitt haben wir gelernt, dass das PIR-Modul, anstatt dass das Ziel in Bewegung sein muss, selbst über einen bestimmten Radius bewegt werden kann, um die gewünschte statische Zielerfassung zu implementieren.

In den folgenden Abschnitten lernen wir einen einfachen Schaltungsmechanismus kennen, der mit einem über einem kleinen Gleichstrommotor montierten PIR für die vorgeschlagenen Schwingungen verwendet werden kann.

Der PWM / Flip Flop-gesteuerte Motortreiber

Das System benötigt grundsätzlich eine PWM-gesteuerte Geschwindigkeitsbestimmung und eine Flip-Flop-Umschaltung für den Motor. Das folgende Diagramm zeigt, wie diese Merkmale mit Hilfe einer einfachen Schaltung dem PIR-Motor zugeordnet werden können:

Die gezeigte Schaltung verwendet einen einzelnen IC HEF40106 hexadezimalen invertierenden Schmitt-Gate-IC, der 6 Inverter-NOT-Gates enthält.

Die Gatter N1 und N2 sind konfiguriert, um einen einstellbaren PWM-Ausgang zu erzeugen, der den den Puffern bildenden Gattern N4, N5, N6 zugeführt wird.

Der gemeinsame Ausgang dieser Puffergatter wird an das Gatter eines Motortreiber-Mosfets angeschlossen.

Der PWM-Inhalt wird mit Hilfe von P1 eingestellt, das schließlich über einen Satz DPDT-Relaiskontakte an den angeschlossenen Motor angelegt wird.

Diese Relaiskontakte bestimmen die Richtung der Motorbewegung (im oder gegen den Uhrzeigersinn).

Diese Flip-Flop-DPDT-Relaiskontakte werden durch einen stabilen Zeitgeber gesteuert, der um das Gate N3 herum konfiguriert ist, wobei der Kondensator C3 / R3 bestimmt, mit welcher Geschwindigkeit das Relais umgeschaltet werden muss, damit der Motor seine Drehrichtung konsistent ändern kann.

Die obige Konstruktion ermöglicht es dem Motor, die erforderliche langsame hin und her schwingende Bewegung über eine gegebene radiale Zone auszuführen.

C3 kann ausgewählt werden, um die Umschaltung alle 5 bis 6 Sekunden einzuleiten, und die PWm kann eingestellt werden, um eine extrem träge Motorbewegung zu ermöglichen, da nur sichergestellt werden muss, dass die Schlitze des PIR die IR-Signale des Ziels in überqueren rechtzeitig.

Da der Motorbetrieb jedoch langsam ist, muss der Ausgang des PIR durch einen Verzögerungszeit-AUS-Timer aufrechterhalten werden, damit die angeschlossene Last nicht AUS und EIN schaltet, während die Motorbewegung abwechselnd die IR-Leitungen von der menschlichen Belegung abschneidet.

Der Verzögerungstimer

Folgende Verzögerungszeitgeber-Schaltungsstufe kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass jedes Mal, wenn der PIR-Ausgang den erfassten Impuls erzeugt, die Verzögerung vom Timer um 5 bis 10 Sekunden verlängert wird und die angeschlossene Last während des Vorgangs niemals unterbrochen wird.

In der obigen Konfiguration sehen wir den Motor, der seine elektrische Antriebsversorgung von der PWM / Flip-Flop-Stufe erhält, wie im vorherigen Absatz erläutert.

Die Spindel des Motors ist mit einer horizontalen Welle gekoppelt, über die der PIR geklemmt ist, so dass der PIR bei Bewegung des Motors eine entsprechend wechselnde radiale Hin- und Herbewegung durchläuft.

Während die obige PIR-Bewegung induziert wird, werden die IR-Signale von einem stationären Ziel in der Zone in Form von kurzen Wechselimpulsen erfasst, die am Ausgangspin des PIR erzeugt werden, der mit dem blauen Draht angezeigt wird.

Diese Impulse werden über den 1000uF-Kondensator angelegt, der sich mit jedem Impuls auflädt und sicherstellt, dass der BC547 während des Prozesses ohne Unterbrechung im leitenden Modus gehalten wird.

Der Relaistreiber, der aus der BC557-Stufe besteht, reagiert auf das obige stabile Signal vom BC547-Kollektor und hält seinerseits das Relais eingeschaltet, solange der PIR eine menschliche Anwesenheit erkennt.

Die Relaislast bleibt somit aufgrund der Anwesenheit eines stationären Menschen in der Umgebung kontinuierlich aktiviert.

Wenn jedoch die menschliche Belegung entfernt wird oder wenn sich das Ziel von der Zone entfernt, hält die Verzögerungszeitgeberstufe das Relais und die Last für die festgelegten 5 bis 10 Sekunden aktiviert, wonach sie dauerhaft abgeschaltet wird, bis die Zone erneut erfasst wird durch eine potentielle IR-emittierende Quelle.

Liste der Einzelteile

• R1, R4 = 10K
• R2 = 47 OHMS
• P1 = 100 K POT
• D1, D2 = 1N4148
• D3 = MUR1560
• C1, C2 = 0,1 uF / 100 V.
• Z1 = 15 V, 1/2 Watt
• Q1 = IRF540
• Q2 = BC547
• N1 --- N6 = IC MM74C14
• DPDT = DPST-SCHALTER ODER DPDT-RELAIS
• R3, C3 durch Versuch und Irrtum zu bestimmen

AKTUALISIEREN:

Die oben erläuterte PIR-Schaltung zum Erfassen der statischen Anwesenheit von Menschen kann durch Verwendung einer Signal-Chopper-Schaltung, wie sie in der folgenden GIF-Simulation dargestellt ist, stark vereinfacht werden:

Eine sorgfältige Prüfung zeigt, dass tatsächlich keine oszillierende Bewegung erforderlich ist, der Motor und das Zerhackerblatt könnten sich frei drehen, indem die Motordrehzahl auf einem niedrigeren Niveau .

Dies würde auch effektiv den beabsichtigten statischen PIR-Erfassungsvorgang erreichen.

Video-Demo zum Nachweis der statischen Erkennung von Personen für eine PIR