Hacer sensores de movimiento con PIR.

La mayoría de los actuales sensores de movimiento utilizan un sensor PIR.
Algunos fabricantes lo definen como "Pyroelectric infrared sensor", algunos como "passive infrared",
en realidad todo se cumple, son sensores piroeléctricos, son pasivos, utilizan la energía calórica (infrarroja) que emiten los cuerpos.

Los sensores piroeléctricos son construidos con un material cristalino que produce electricidad cuando se expone al calor en forma de radiación infrarroja, los cambios producidos son medidos por un FET muy sensible que está incluido en el sensor. Estos PIR tienen un filtro incorporado en la ventana que reduce la sensibilidad a la radiación en un rango entre 8 y 14µm para que sea más sensible a la radiación producida por el cuerpo humano, que es más fuerte en 9.4µm.
Tomado de Glolab.com

Los sensores piroeléctricos que he utilizado son RE200B, LHi778 y PIR325.



G es el negativo (GROUND)
S surtidor, salida (con resistencia de 47K a negativo ).
D drenador a positivo (3 a 15V).




Se puede decir que estos PIR son equivalentes, así que podemos utilizar cualquiera de los tres en nuestros proyectos.
aunque tienen deferencias que dificilmente lleguemos a notar.

No es común encontrarlos en tiendas electrónicas "normales", pero en eBay y otros sitios en internet se encuentran en precios muy buenos, he visto a US$1 más $1 de envío ($2) en USA (año 2011),

Hay que tomar en cuenta que para el óptimo funcionamiento de estos sensores hay que utilizar un lente especial, llamado lente Fresnel.
Este lente aumenta el area a "ver" o controlar, también en la mayoría de los usador por estos PIR indica el fabricante que el material con el que es contruido ayuda a filtrar la radiación infrarroja.( 8 ˜ 14µm)

Si desea información teórica sobre el lente de Fresnel puede ver:
http://es.wikipedia.org/wiki/Lente_de_Fresnel
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/... Fresnel

En realidad la mayoría de los lentes utilizados por los PIR están construidos en disposiciones de varios lentes pegados, creando un efecto como la visión de una mosca, viendo diferentes puntos a la vez.

Puede ver lentes Fresnel en esta página:
http://www.fresnelfactory.com/
Catálogo:
hhttp://fresnelfactory.com/fresnel_list/PIR_seriesFresnel_lens(Ver.3).pdf

NOTA: Esta página no tiene relación con nosotros, es una referencia





Existen gran cantidad de tipos y tamaños de lentes Fresnel para PIR, aparte de otras aplicaciones, por ello es preferible
buscar en internet como "PIR Fernel Lens", ya que normalmente se encuentra en sitios en inglés.

En eBay se encuentran hasta en grupos de 20 lentes por US$9 (2011)

Diseño del sensor de movimiento.

Los sensores piroeléctricos son como un micrófono, sensibles pero no entregan voltaje alto en la salida, en el caso de los PIR hay que amplificarlos hasta 10 mil veces, esto se logra amplificando la señal por 100 y luego se vuelve a amplificar por 100, se supone que muchos circuitos integrados operacionales pueden amplificar por 10mil en una sola etapa sin problema, pero ningún fabricante lo hace.


Ejemplo de amplificador para PIR con 4558

Las señales que se optienen son en el orden de corriente directa, con impulsos de menos de 10Hz, por ello es mejor filtrar las etapas para una respuesta mejor a menos de 10Hz y así evitar falsas alarmas.
Con este diseño podemos ver las variaciones que se producen al pasar una persona frente al sensor, ya sea con un osciloscopio o un tester analógico.

La salida mantiene 5 voltios en reposo, y las variaciones pueden ser a menor o mayor voltaje, por ello el comparador debe ser capaz de registrar si el voltaje sube o baja.

Teóricamente el comparador sería así:


  El comparador que entra por el pin 6 (-) pone su salida (pin 7) a positivo si el voltaje de entrada es menor a 4.4 voltios
Y el comparador que entra por el pin 3 (+) pone su salida (pin 1) a positivo si el voltaje de entrada es mayor a 5.6 voltios.

Esta es la esencia de la mayoría de comparadores que hacen el disparo de alarma, y se puede realizar con muchas variantes.



Para llevar este proyecto a la práctica se puede utilizar este diseño:



Se han utilizado 2 diodos 1n4148 para generar referencias de voltaje de una manera fácil.   5.1, 5.7 y 6.3V aproximadamente.

Aunque para este proyecto utilizo 2 circuitos operacionales 4558, se puede realizar con un LM324 que son 4 amplificadores operacionales.

Esta es una variante utilizando un comparador con transistores:


Se utiliza un transistor NPN 2N2222A, y un transistor PNP , los 3 diodos del comparador son 1N4148 o similares.

Este proyecto a transistores no es el óptimo, y hay que realizar varias pruebas y ajustes, y probablemente utilizar mayor ganancia en las etapas anteiores.
En las hojas de datos de los PIR encontramos tambien algunas variantes con circuitos integrados operacionales.

Para un sistema de alarma estos diseños están completos, pero para activar luces es necesario agregar un retardo para que las luces queden encendidas algunos segundos después de activado.

Circuitos integrados para usar con PIR

En el mercado existen varios circuitos integrados especiales para usarse con sensores PIR, el más común son el BiSS0001, tambien se utiliza el KC7788. Además del PT8A2612 especial para luces.

BISS0001

Trabaja de 3 a 5 Voltios, es muy utilizado en su versión pequeña (de superficie), y casi todos los fabricantes lo alimentan con 3.3 Voltios, en reposo es de muy bajo consumo, siendo ideal para utilizarse en proyectos con baterías.

El circuito integrado LP0001 es similar.

La sensibilidad se ajusta en la resistencia variable RV

Este sensor de movimiento está calculado para una alarma, los tiempos son muy cortos.
Y puede omitirse la fotoresistencia LDR, en cuyo caso la resistencia RL puede ser de 100K.

La salida aplicará 5 Voltios al detectarse presencia humana (movimiento de energía infrarroja)

Si queremos utilizar este circuito integrado para controlar luces hay que variar los valores de varias resistencias
Entre los pines 3 y 4 es el circuito RC de tiempo de duración de la luz activada.(Tx)

Entre los pines 5 y 6 es el circuito RC de tiempo que tarda para volver a activarse una vez apagada.(Ti)

el pin 1 conectado a positivo es "Retriggerable", o sea que la luz se mantiene activa mientras el movimiento continúa.

Conectado a negativo es "Non-retriggerable", solamente se activa el tiempo de (Tx), luego espera el tiempo de (Ti) para volver a activarse si nuevamente detecta movimiento, generalmente funciona bien para timbres (avisos sonoros).


Para descargar la hoja de datos basta con digitar en Google: "BISS0001.pdf", se encuentra en varios sitios.
Aunque no circula ninguna suficientemente completa, contiene información importante.

KC778B

Utilizado generalmente en proyectos con 5 voltios, aunque según el fabricante puede trabajar de 4 a 15 Voltios.

Utiliza pocos componentes, y tambien existe la versión pequeña (de superficie) SOIC.





En este diagrama se muestra el sensor en modo automático, con nivel ajustable de luz se apaga. (pin 11)
Para que funcione siempre, solamente no se coloca la fotoresistencia (LDR)
En actualizaciones futuras agregaré mayor información sobre este circuito integrado.

PT8A2612

Este circuito integrado está diseñado especialmente para encender luces con la presencia de personas.

Diagrama de conexiones del PT8A2612:


La salida TRIAC: al activarse sale una serie de pulsos que se acoplan a la entrada (gate) del triac através de un capacitor generalmente de 0,1 microfaradio(104), la patilla A1(MT1) del triac debe estar conectada al negativo o tierra del circuito.

OscD: Se ajusta la duración de luces encendidas después de detectada la presencia o el movimiento.

OscS: Oscilador aproximadamente a 16KHz. para el efecto de "dimmer", ya que este circuito integrado enciende y apaga la luz suavemente.(Por la salida de Triac).

ZC: detecta el inicio de la onda (AC) para sincronización y para detectar interrupciones rápidos de la corriente para entrar en un modo de prueba.
se conecta a la corriente alterna através de un diodo y una resistencia de 1MΩ

En el pin 6 se conecta una fotoresistencia(LDR), para que el sensor se desactive en el día, el valor de la resistencia RL depende del tipo de LDR, con fotoresistencias pequeñas generalmente es del orden de 1MΩ o menos.

La entrada MODE sin conectar funciona en automático,
conectada a tierra desabilita el encendido/apagado suave (Dimmer),
conectado a positivo entra al modo de prueba.

El pin 9 es una salida regulada a 3.6 voltios para alimentar al sensor PIR.

La salida RELAY se pone a positivo al activarse con la presencia o movimiento,
se queda activo en función del tiempo ajustado en OscD.

Estas guías de proyectos están en desarrollo y se actualizarán (Inicio sept 2011).

Puede ver ejemplos de sensores PIR listos para ser usados
en el siguiente enlace: => Sensores de movimiento (PIR).<=

Cuando se utilizan circuitos que se conectan directamente al la linea de corriente alterna 110V/220V se puede recibir una descarga eléctrica, debe tener mucho cuidado para no tener un accidente o fatalidad.

El experimentador toma los riesgos al realizar los circuitos antes descritos y todos los descritos en esta página.

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