سنسور حرکتی PIR HC-SR501

لامپ راهرو که با ورود شما روشن می‌شود و زنگ خانه‌ای که با حرکت آژیر می‌کشد، هر دو به یک فناوری تکیه دارند: سنسور PIR یا مادون‌قرمز غیرفعال (Passive Infrared). برخلاف التراسونیک درس قبل که چیزی «می‌فرستد»، PIR هیچ چیزی منتشر نمی‌کند؛ فقط تابش حرارتی محیط را گوش می‌دهد و تغییرش را به سیگنال دیجیتال ساده تبدیل می‌کند. به همین دلیل مصرفش بسیار کم است و خروجی‌اش همان HIGH و LOW آشنایی است که در درس دکمه دیده‌اید — با این تفاوت که این «دکمه» را خودتان فشار نمی‌دهید.

اصول کار: دیده‌شدن حرارت در حال تغییر

هر جسمی بالای صفر مطلق، تابش مادون‌قرمز می‌فرستد و بدن انسان با دمای حدود ۳۷ درجه منبع تابش چشمگیری است. هستهٔ سنسور، عنصری «پروالکتریک» (Pyroelectric) است که هنگام تغییرِ تابش دریافتی، سیگنال الکتریکی کوچکی تولید می‌کند — دقت کنید: تغییر، نه خودِ مقدار. سنسور ثابت که رو به دیوار سرد است هیچ چیزی گزارش نمی‌کند؛ به‌محض ورود انسان به میدان، تابش ناگهان زیاد می‌شود و سیگنال زاده می‌شود.

نقش مهندسی‌شدهٔ روی سنسور را «لنز فرنل» (Fresnel Lens) بازی می‌کند: آن گنبد شیری‌رنگ با خطوط تقسیم‌بندی، تابش هر بخش از اتاق را روی عنصر می‌تاباند و میدان دید را به ده‌ها بخش تقسیم می‌کند. حرکت‌کردن انسان یعنی گذر از این بخش‌ها و به‌وجودآمدن موج‌های تغییر که سنسور می‌فهمد. خروجی ماژول پس از تقویت، یک پین دیجیتال ساده است: HIGH هنگام تشخیص حرکت و LOW در سکوت.

جامپر حالت و دو پتانسیومتر

برد HC-SR501 سه ابزار تنظیم دارد و شناختشان از کد مهم‌تر است:

زمان گرم‌شدن

PIR پس از وصل‌کردن تغذیه، به یک دقیقه پایداری نیاز دارد: مدار داخلی آن با جریان راه‌اندازی و دمای خودش هماهنگ می‌شود و در این مدت خروجی‌ها غیرقابل‌اتکا هستند.

سیم‌کشی

خروجی ماژول در سطح 3.3 ولت است که Uno به‌راحتی به‌عنوان HIGH می‌خواند؛ نیازی به مقسوم ولتاژ نیست. پین ۲ به‌طور عمد انتخاب شده تا در تمرین‌های پیشرفته‌تر بتوانید به وقفه هم وصلش کنید.

اسکچ کامل: هشدار حرکت

const int pirPin = 2;
const int ledPin = 12;

void setup() {
  pinMode(pirPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("PIR warming up for 60 seconds");
  delay(60000);  // Let the sensor stabilize
  Serial.println("Ready");
}

void loop() {
  int motion = digitalRead(pirPin);
  if (motion == HIGH) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    Serial.println("Motion detected");
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    Serial.println("No motion");
  }
  delay(1000);
}

توضیح نکته‌های تازه:

1. pinMode(pirPin, INPUT); — خروجی ماژول دیجیتال است؛ هیچ آنالوگ‌خوانی یا کتابخانه لازم نیست.
2. delay(60000); در setup() — گرم‌شدن را صریح داخل برنامه می‌گزرانیم تا نخستین خوانش‌ها معتبر باشند.
3. خوانش هر یک ثانیه و چاپ وضعیت، رفتار ماژول را شفاف نشان می‌دهد؛ در حالت جامپر H، تا زمانی که حرکت ادامه دارد یا پتانسیومتر تأخیر هنوز تمام نشده، HIGH می‌ماند.

در حالت جامپر H با حرکت انسان جلوی سنسور، خروجی سریال مانیتور چنین الگویی دارد:

جای‌گذاری و محدودیت‌ها

PIR فقط می‌گوید «حرکتی هست»؛ نه جهت، نه فاصله، نه شمارش افراد. و چون بر پایهٔ حرارت است، هر منبع گرمای جنبنده برایش مشتبه می‌شود:

• سنسور را رو به منبع گرما (رادیاتور، پنجرهٔ آفتاب‌گیر، فن) نگذارید؛ تغییر ناگهانی تابش، تشخیص کاذب می‌سازد.
• پشت لنز را نپوشانید و لنز را از گردوغبار و چربی تمیز نگه دارید؛ مسیر تابش است که میدان دید می‌سازد.
• ارتفاع نصب حدود ۲ متر و رو به مسیر عبور (نه دیوار مقابل) بهترین نتیجه را می‌دهد.

اشتباهات رایج و عیب‌یابی

تمرین‌ها

const int pirPin = 2;
const int ledPin = 12;

int lastMotion = LOW;
int eventCount = 0;

void setup() {
  pinMode(pirPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("PIR warming up for 60 seconds");
  delay(60000);
  Serial.println("Ready");
}

void loop() {
  int motion = digitalRead(pirPin);
  if (motion == HIGH) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    if (lastMotion == LOW) {
      eventCount++;
      Serial.print("Motion event: ");
      Serial.println(eventCount);
    }
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
  lastMotion = motion;
  delay(200);
}

::: :::

خلاصه

• PIR سنسور «غیرفعال» است: تابش مادون‌قرمز محیط را گوش می‌دهد و فقط تغییر آن را گزارش می‌کند؛ لنز فرنل میدان دید را به بخش‌های متعدد تقسیم می‌کند.
• جامپر H تکرار و L تک‌بار است؛ پتانسیومترها حساسیت (شعاع) و مدت خروجی HIGH را تنظیم می‌کنند و مقادیر دقیق بین نسخه‌ها فرق دارد.
• پس از وصل تغذیه ۳۰ تا ۶۰ ثانیه گرم‌شدن لازم است و پیش از آن خوانش‌ها قابل‌اتکا نیستند.
• خروجی ماژول دیجیتال ساده (3.3 ولت) است و با digitalRead خوانده می‌شود؛ PIR جهت و فاصله نمی‌دهد.
• منابع گرما و جریان هوا تشخیص کاذب می‌سازند؛ جای‌گذاری دور از رادیاتور و نور مستقیم ضروری است.

حالا تشخیص «اتفاق» را دارید و اندازه‌گیری «فاصله» را از درس قبل؛ در ادامه این دو حسگر را در پروژه‌های ترکیبی کنار هم می‌گذارید.