Qu'est-ce que le capteur PIR?

CAPTEUR INFRAROUGE PASSIF est un type de capteur de détection d’objets. Les capteurs de détection d’objets sont de deux types

Capteur de détection d’objet actif

Capteur passif de détection d’objets

Les capteurs de présence d’objets et les capteurs de proximité nécessitent une source active de champ magnétique, d’ultrasons ou de rayonnement infrarouge. Un capteur infrarouge passif ne nécessite aucune source de ce type et réagit passivement à la chaleur rayonnée par l’objet détecté.

 

Que fait le PIR?

Un capteur de mouvement infrarouge passif, souvent décrit comme un PIR, détecte le rayonnement du corps noir, que tous les objets émettent en fonction de leur température par rapport au zéro absolu. Le capteur répond au rayonnement infrarouge centré autour d’une longueur d’onde de 10 μm (10 microns ou 10 000 nm). Il s’agit de la température corporelle approximative des personnes et des animaux.

Le mot «passif» dans le terme «infrarouge passif» fait référence au comportement du détecteur, qui reçoit passivement le rayonnement infrarouge. Les capteurs de proximité doivent générer activement leur propre rayonnement infrarouge, qui est interrompu ou réfléchi par des objets à proximité.

Symbole schématique

Les symboles schématiques qui sont parfois utilisés pour représenter un capteur de mouvement infrarouge passif sont illustrés dans la figure ci-dessus

Applications typiques du PIR

  1. L’éclairage extérieur sensible au mouvement est presque toujours basé sur un PIR. De même, un système de sécurité peut déclencher une alarme ou activer une caméra vidéo lorsqu’un PIR indique une activité humaine. 
  2. Les systèmes de surveillance de la faune utilisent des PIR pour démarrer une caméra vidéo qui peut ensuite fonctionner pendant un intervalle prédéfini.
  3. Des systèmes d’avertissement pour les automobiles ont été développés qui utilisent un PIR orienté vers l’arrière pour détecter les piétons.
  4. L’éclairage intérieur industriel peut utiliser des PIR qui allument automatiquement les lumières lorsque des personnes entrent dans une pièce, puis éteignent les lumières (après un certain délai) lorsque des personnes ne sont plus détectées dans la pièce. L’objectif est d’éviter le gaspillage d’énergie à la suite de l’oubli des employés d’éteindre les lumières.

Comment fonctionne PIR?

Un module PIR contient plusieurs composants. Le plus visible est un réseau d’au moins 15 petites lentilles qui concentrent la lumière infrarouge des zones de l’environnement sur un détecteur pyroélectrique, également connu sous le nom de capteur pyroélectrique. La réponse du détecteur est traitée par un amplificateur, de sorte que le signal peut déclencher un relais électromécanique ou un relais à semi-conducteurs. Le relais actionne un dispositif externe tel qu’une lumière ou une alarme.

Des circuits supplémentaires peuvent permettre à l’utilisateur de contrôler la sensibilité du module PIR et la durée pendant laquelle le relais reste fermé. L’utilisateur peut également être en mesure de régler l’heure de la journée lorsque le PIR est actif, ou un phototransistor supplémentaire peut arrêter le PIR pendant les heures de clarté. Si un phototransistor est inclus, sa sensibilité est réglable.

Introduction au capteur pyroélectrique

Le détecteur pyroélectrique est en fait un type de dispositif piézoélectrique. Il est basé autour d’une plaquette de tantalate de lithium, qui génère une petite tension en réponse au rayonnement thermique incident. Cependant, comme d’autres composants piézoélectriques, il ne répond pas à une entrée en régime permanent et doit être activé par une transition. Cela le distingue des autres types de capteurs de lumière, tels qu’une photodiode infrarouge, dans laquelle la réponse est constamment liée à une entrée de température

Réponse du capteur pyroélectrique sur la période de temps

Éléments à l'intérieur du capteur PIR

Un détecteur pyroélectrique dans un module PIR est monté dans un récipient métallique scellé, comme illustré dans la figure A ci-dessus. La fenêtre rectangulaire du détecteur est généralement en silicium, qui est opaque aux longueurs d’onde visibles mais transparent au rayonnement infrarouge à ondes longues.

Le détecteur pyroélectrique utilisé dans un PIR contient au moins deux éléments de polarités opposées, connectés en série. Si un changement soudain de température affecte les deux éléments de la même manière, leurs réponses s’annuleront mutuellement. Ainsi, le détecteur ignore les changements de température ambiante. Cependant, si une source de rayonnement infrarouge dans la bande d’ondes appropriée affecte un élément avant l’autre, le détecteur émettra deux impulsions de polarité opposée

L’étape suivante montre l’effet de la sortie lorsque le rayonnement tombe sur les deux éléments à des moments différents.

Effet de la sortie lorsque le rayonnement tombe sur deux éléments pyro-électriques

En haut: dans un détecteur pyroélectrique, si un changement de température affecte simultanément deux éléments de polarité opposée, leurs tensions s’annulent.

En bas: si un élément est déclenché avant l’autre, le détecteur émet un signal

Variantes de PIR

Les modules de capteur PIR sont disponibles montés sur une petite carte telle que celle illustrée dans la figure ci-dessus. La plage de détection est de 5 à 10 mètres, sélectionnée par un cavalier sur la carte. Les trois broches visibles sur la photo sont pour l’alimentation (3VDC à 6VDC), la masse et la sortie. La sortie peut générer jusqu’à 23mA avec une alimentation 5VDC. La consommation électrique du module n’est que de 130 μA lorsqu’il est inactif, ou de 3 mA lorsqu’il est actif mais sans charge.

Une carte de ce type nécessite encore des composants supplémentaires pour régler l’heure de mise en marche d’une lumière ou d’une alarme et pour désactiver le PIR pendant les heures de clarté. Un PIR peut être acheté en tant que composant unique contenant deux éléments et des transistors FET pour amplifier le signal. Des versions à montage en surface et à trou traversant sont disponibles, nécessitant une alimentation électrique typique de 3VDC à 15VDC. Cependant, un PIR acheté en tant que composant «nu» nécessite des circuits externes importants, utilisant des comparateurs ou des amplificateurs opérationnels. La conception des circuits n’est pas triviale, entraînant des problèmes pratiques tels que les amplificateurs opérationnels étant sensibles aux pointes de tension causées par l’activation d’un relais qui partage la même alimentation.

Circuit d'interface Arduino et PIR pour déclenchement de relais

Code Arduino pour intégrer PIR et déclencher un relais.

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