سنستعرض في هذا المقال معلومات عن حساس الحركة PIR Passive Infrared Sensor وكيفية استخدامه وربطه مع لوحة أردوينو، بالإضافة لتصميم مشروع لنظام حماية منزلي باستخدام أردوينو ومعتمد على نظام GSM، وبفهمنا العميق لآلية عمل هذا الحساس سنتمكن من تصميم مشاريع أخرى أكثر تعقيداً.
نظرة عامّة
حساس الحركة PIR هو جهاز الكتروني يتحسس الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الكائنات الموجودة ضمن نطاقه، مع ملاحظة أن هذا الحسّاس لا يبعَث أي أشعّة تحت حمراء إنما يقوم بالكشف عنها فقط ومن هنا أتت كلمة Passive في تسميته.
تنبعث الحرارة من كلّ كائن درجةُ حرارةِ سطحِهِ أعلى من درجة الصفر المطلق على شكل إشعاعات تحت حمراء لا يمكن للعين البشرية رؤيتها، ويتم كشفها باستخدام حساسات PIR وتحويلها إلى إشارات كهربائيّة.
حسّاس الحركة PIR
يُوضِّح الشكل التالي نموذجاً علويّاً لحسّاس الحركة PIR، يحتوي أعلاه على عدسة خاصة تُسمّى عدسة Fresnal تُغطّي الحسّاس الكهروحراري الفعليّ، ومهمتها تتمثَّل بتجميع الأشعة تحت الحمراء المنبعثة وتركيزها على الحسّاس الكهروحراري، ويحتوي أيضا على ثلاثة أرجل تُتيح إمكانيّة وصله واستخدامه مع الأجهزة الخارجية وهي: الرِّجل التي توصل مع جهد الدخل VCC
الرِّجل ذات الخرج الرقمي
الرِّجل الخاصّة بالتّأريض.
تتوضّع دارة العناصر الخاصّة بهذا الحسّاس على الجزء السّفلي له، حيث أنّ الوحدة الأساسيّة فيها هي الدّارة المتكاملة لكشف الحركةBISS00001 PIR Motion Detector IC كما هي موضحة بالشكل التالي.
تتوضَّع بالقرب من تلك الـ IC مقاومتان متغيّرتان تعملان كمقسم جهد، إحداهما تستخدم لضبط الحساسيّة، حيث يتمّ من خلالها التحكّم بمجال حساسيّة الحسّاس والذي يصل إلى 7 أمتار، أمّا المقاومة الثانية فتُستخدَم للتحكّم بالمدّة الّتي يبقى فيها المَخرَج الرقميّ للحسّاس مُفعَّلاً عند اكتشاف جسم متحرِّك ضمن نطاقه.
آلية عمل حساس الحركة:
قد نظنُّ للوهلة الأولى بأن آلية عمل هذا الحسّاس تبدو بسيطة للغاية متمثِّلة بتفعيل المَخرَج الرقميّ عند اكتشافه لجسم متحرِّك، لكن في الحقيقة يُعَدّ هذا الحسّاس أكثر تعقيداً من غيره لوجود الكثير من العمليات الداخليّة فيه بالإضافة إلى أنّ خرجَه يعتمد على عدّة متغيّرات.
يحتوي الحسّاس الكهروحراري المتوضِّع تحت عدسات Fresnal على حُجرتَين مصنوعتَين من مواد حسّاسة للأشعّة تحت الحمراء تستقبلان نفس كمية الإشعاع في الظروف الطبيعية وفي حالة عدم وجود أي حركة ضمن مجال الحساس.
عند اكتشاف الحسّاس لحركة جسم ما بالقرب منه، يتمّ التقاط الأشعة المنبعثة من هذا الجسم بواسطة إحدى الحجرتَين ويصبح حينها فرق جهد بين هاتين الحجرتين موجباً، وعندما يتحرّك هذا الجسم بعيداً عن الحسّاس، تلتقط الحجرة الثانية الأشعة الصادرة عنه ويصبح فرق الجهد بينهما سالباً، أي أنّه تتمّ عملية الكشف عن الحركة اعتماداً على نبضات الخرج الموجبة والسالبة.
اختبار حسّاس الحركة:
كما ذكرنا سابقاً فإنّ خرج الحسّاس يكون مفعَّلاً أو غير مفعَّل وذلك بناءً على عملية اكتشاف حركة جسم ما أو لا.
سنستعرض دارتَين بسيطتَين تُستخدَمان لاختبار عمل حسّاس الحركة.
الدّارة الأولى موضحة بالشكل أدناه حيث تَختبِر عمل حسّاس الحركة باستخدام LED، حيث يضيء الـ LED عند اكتشاف الحسّاس لحركة ما، ويمكن ضبط المدة التي يضيء خلالها الـLED من خلال المقاومة المتغيّرة الخاصّة بضبط التأخير الزمنيّ.
آليةُ عمل الدّارة الثانية المُوضَّحة في الشكل أدنا(ه 4) مشابهة للدّارة السابقة حيث تمّ استبدال الـ Led بـ buzzer، كما يُستخدم ترانزستورBC547أو2N2222 من أجل توصيل الـ buzzer مع الحسّاس حيث يقوم بإصدار صوت عند اكتشاف الحسّاس لأيِّ حركة.
ربط حسّاس الحركة PIR مع لوحة أردوينو:
سنصمِّم مشروعاً بسيطاً لاكتشاف حركة ما باستخدام حسّاس الحركة PIR و أردوينو، حيث يقوم الأردوينو بتشغيل الـ buzzer عند اكتشاف الحسّاس لتلك الحركة.
الدارة الموضَّحة في الشكل أدناه تُعطي فكرة عامّة عن نموذج الدّارة الُمقترَحة وكيفية توصيل المكوِّنات مع بعضها البعض.
المكوّنات اللازمة:
- أردوينوUNO.
- حساس حركةPIR.
- 5V buzzer.
- لوحة توصيل.
- أسلاك توصيل.
- وحدة تغذية.
تصميم الدارة:
يُعتبَر تصميم هذه الدّارة بسيطاًجداً، فكما ذكرنا سابقاً يملِك حسّاس الحركة ثلاثة أقطاب وهي: قطب الدخل VCC- قطب الخَرْج- قطب التّأريض GND.
يُوصل القطب VCC إلى جهد دخل +5V،ثم يُوصَل قطب الخَرْج للحسّاس إلى القطب رقم 8 للأردوينو، ومن ثم نصل الـ buzzer مع القطب رقم 8 للأردوينو.
ملاحظة: يمكن أن يُوصَل الـ buzzer مباشرة مع الأردوينو، لكن يُفضَّل وصلُه عن طريق ترانزستور.
الكود البرمجي: تحميل من هنا
تشغيل دارة حسّاس الحركة PIR باستخدام أردوينو:
آليّة عمل هذا المشروع سهلة للغاية، فعند تشغيله يتمّ الانتظار ريثما تتمّ معايرة الحسّاس، حيث تُضبَط فترة المعايرة على 10 ثوان، وخلال هذه الفترة يجب ألّا تكون هناك حركات أمام الحسّاس، عندها يبدأ الحسّاس باكتشاف وجود أيّة حركة ضمن مجال الحساسيّة الخاصّ به، وعند اكتشاف أيّ حركة يتفعّل خَرْج الحسّاس الموصول مع القطب 8 للأردوينو والذي بدوره يقوم بتشغيل الـ buzzer.
تطبيقات هذا المشروع:
ربط الأردوينو مع حسّاس الحركة PIR يُستخدَم في نطاق واسع،ولعلّ أهمّ استخداماته تكمن في أنظمة اكتشاف الحركة، حيث يمكن تنفيذ مجموعة متنوّعة من أنظمة حماية المنازل عن طريق ربط حسّاس الحركة مع الأردوينو.
