Senzory využívají různé technologie k detekci pohybu v bezpečnostních systémech, průmyslu nebo logistice. Na první pohled zní dnešní nadpis jako úzký výsek tématu, ale srovnání PIR a mikrovlnného senzoru je užitečnou nití jak pro konstruktéry vlastních systémů s Arduino a Raspberry Pi, tak pro čistě spotřebitelské aplikace. Zveme vás k přečtení článku s miniprůvodcem.
Téma, kterému se dnes budeme věnovat, se týká dvou nejčastěji používaných snímačů (budeme tento termín používat zaměnitelně se senzory) – mikrovlnného senzoru a PIR senzoru. Podíváme se na rozdíly, na pozitiva a negativa a nakonec – rozhodneme se, který je pro práci s projektem na minipočítači nejlepší volbou.
Pokusíme se odpovědět na následující otázky:
- Co jsou to mikrovlnné a PIR senzory?
- jaké jsou jejich výhody a nevýhody?
- kde je lze použít?
Co je to mikrovlnný senzor?
Mikrovlnný senzor, známý také jako radar, RF nebo Dopplerův senzor, je elektronické zařízení, které detekuje jakýkoli pohyb. Je složitý pouze svým vzhledem. Svou činnost zakládá na jevu elektromagnetického záření, tj. principu vysílání a přijímání elektromagnetických vln. Detekce pohybu je možná také na základě Dopplerova jevu – zjednodušeně řečeno, mikrovlny vysílané snímačem se “odrážejí” od povrchu a vracejí se zpět ke snímači, který je v takovém případě schopen detekovat a měřit dobu, za kterou se signál vrátil ke svému zdroji. To se označuje termínem echo time (z anglického echo time – čas ozvěny). Jednoduché, že?
Podívejme se na tuto ozvěnu blíže. Jedná se o časový interval mezi působením RF impulzu (radiofrekvence) a odezvou média – v tomto případě našeho senzoru. Pomáhá vypočítat vzdálenost od jakéhokoli objektu v dosahu detekce senzoru.
Díky době ozvěny snímač zjistí, zda v dosahu detekce došlo k pohybu. Zjednodušeně řečeno – pohybující se osoba ovlivní změnu vlnění. Senzor je schopen takovou změnu detekovat za méně než mikrosekundu (miliontinu sekundy).
Výhody a nevýhody mikrovlnného senzoru
✅ Odolnost proti okolním teplotám
Údaje mikrovlnného senzoru nejsou závislé na okolní teplotě. Díky tomu je univerzálnější a lze jej instalovat i v obtížných podmínkách, včetně horka, deště, mlhy, větru, prachu, sněhu atd.
✅ Široký detekční rozsah
Mikrovlnný snímač dokáže snímat informace i přes stěny a otvory, což je skvělá vlastnost v místech, kde je obtížná instalace, a v rozsáhlých otevřených prostorách.
✅ ––Redukce falešných poplachů
Mikrovlnný snímač lze naprogramovat tak, aby se snížil počet falešných poplachů, aniž by se snížil počet platných poplachů. To zvyšuje jeho přesnost a snadnost použití.
Potřeba stálé spotřeby energie
Odpojený od elektrické sítě je senzor nepoužitelný – ke své činnosti potřebuje stálý přívod elektřiny, což mírně prodražuje jeho provoz.
Intervalový provozSenzor pracuje přerušovaně a objekty mohou zůstat v pohybu po celou dobu. Pokud se něco nebo někdo pohybuje dostatečně rychle, existuje šance, že se vyhne detekci.
Aplikace mikrovlnných senzorů
Kde se používají mikrovlnné senzory? Příklady zahrnují použití:
- v průmyslu (např. měření tekutin),
- v civilních aplikacích (např. měření rychlosti vozidel),
- v dopravě (např. senzory měřící pohyb projíždějících vozidel),
- pro zabezpečení (např. poplašné systémy proti vloupání),
- v automatizaci dveří a oken.
Příklad mikrovlnného senzoru
DFRobot Gravitační senzor využívá Dopplerův jev k rozpoznání pohybu objektů. Použití mikrovln namísto infračerveného záření umožňuje detekci objektů odrážejících vlny v mikrorozsahu. Na snímání nemá vliv teplota, vlhkost, hluk, vzduch, prach ani světlo – je vhodný do náročných podmínek a detekuje i nehybné nebo neživé objekty. Pracuje s jakýmkoli digitálním modulem s napětím 5 V.
Zajímavostí pro majitele mikropočítačů je, že senzor je kompatibilní se zařízením Arduino – Příklad kódu a podrobné informace naleznete v uživatelské příručce.
Co je to senzor PIR?
Druhým diskutovaným senzorem pohybu je Passive Infra Red – pasivní infračervený senzor (PIR). Běžně se používá v alarmech nebo systémech automatizace budov. Detekce pohybu zde není založena na jevu vlnění, ale na přesném měření tepelné energie, tj. teplotních změn. Dobře funguje ve stísněných prostorech, kde měří infračervené světlo vycházející z objektů v dosahu detekce. Jedná se o stejnou technologii, jakou používají například přístroje pro noční vidění.
Senzor PIR se skládá z pyroelektrického senzoru – pyroelementu – který je zodpovědný za detekci různých úrovní infračerveného záření. V důsledku toho se senzor aktivuje například při detekci studeného nebo teplého závanu vzduchu. Osoba, která vstoupí do místnosti, způsobí, že snímač zaznamená změnu teploty. Když osoba odejde, teplota se vrátí do normálu a čidlo PIR se deaktivuje. A to je celá filozofie.
Výhody a nevýhody čidla PIR
✅ Nižší spotřeba energie
Senzory PIR spotřebovávají méně energie (0,8 až 1 W) ve srovnání s mikrovlnnými senzory.
✅ Spolehlivost
Senzor PIR dokáže detekovat pohyb v interiéru bez ohledu na dobu trvání pohybu. Funguje dobře ve dne i v noci.
✅ Nižší náklady
Ve srovnání s mikrovlnnými senzory je provoz levnější.
Citlivost
Bohužel ne tak lidské – ve srovnání s mikrovlnným čidlem jsou čidla PIR závislá na okolní teplotě. Pokud například v létě zaznamenají zvýšení tepla v příliš vyhřátém prostoru, nemusí být schopny detekovat pohyb pocházející například od lidí.
Teplotní limity
Senzory nefungují při teplotách nad 35 °C.
Menší detekční rozsah
Infračervené senzory fungují nejlépe na přímou viditelnost. – Například podél chodby.
Pokud narazí na úhly a zákruty, mohou nastat problémy se správnou detekcí.
Aplikace PIR senzorů
Příklady míst, kde se senzor PIR hodí, jsou:
- interiéry uzavřených prostor (např. domy, kanceláře, sklady),
- místnosti s vysokými stropy/stropy,
- místnosti s prouděním vzduchu (např. chodby, schodiště),
- místa s přímou viditelností (např. uličky ve skladech),
- místa s teplotou nezávislou na venkovní teplotě.
Příklad PIR senzoru
Seznámili jsme se s principem fungování, výhodami a nevýhodami a aplikacemi PIR čidla. Podívejme se proto na jednu z nich. Bezdrátové připojení PIR BBMagic Detektor pohybu umožňuje detekovat pohyb jakéhokoli objektu, jehož teplota je vyšší než absolutní nula. Komunikuje prostřednictvím Bluetooth Low Energy (BLE). Napájení 2,7 V až 3,3 V.Modul je také kompatibilní s počítačem Raspberry Pi.
Učení vychází z rozpoznávání rozdílů
Dobře, už víme všechno. Bylo by vhodné informace shrnout, aby bylo snazší rozhodnout se, který snímač zvolit.
- Prostor – mikrovlnný senzor se bude hodit tam, kde je prostor otevřený a nepravidelný. Jakékoli zatáčky na zahradě nebo rohy na příjezdové cestě pro auta jsou doménou mikrovlnného senzoru. Rovné linie chodeb, schodišť a průchodů jsou naopak místa, kde bude lépe fungovat PIR čidlo.
- Podmínky – PIR je závislý na teplotě a funguje pouze při teplotě nižší než 35 °C. Mikrovlnný teplotní senzor se nezalekne ani jiných povětrnostních podmínek – může nabídnout provoz i v rozmezí -20°C až 45°C.
- Zóna detekce – mikrovlnný senzor nabízí široké pole detekce, zatímco u PIR je toto pole omezené. PIR může přehlédnout objekt na nepravidelných místech. Naopak neoptimalizované nastavení mikrovlnného senzoru (špatně zvolené intervaly) může způsobit, že objekt projde bez povšimnutí přímo před jeho nosem.
- Spotřeba energie – mikrovlnný senzor potřebuje více energie. PIR má spotřebu cca. 0,8 W – 1 W energie, zatímco u mikrovlnného senzoru je to cca. 1,1 W – 1,5 W.
- Citlivost – mikrovlnný senzor je citlivější než senzor PIR. Lze je proto považovat za účinnější.
Je třeba mít na paměti, že senzory se někdy vzájemně kousají – současné použití dvou typů senzorů může způsobit rušení jejich činnosti.
