W celu wykrywania ruchu w systemach bezpieczeństwa, przemyśle czy logistyce czujniki używają rozmaitych technologii. Na pierwszy rzut oka dzisiejszy tytuł brzmi jak wąski wycinek z tematu, lecz porównanie czujnika PIR i mikrofalowego to przydatny wątek zarówno dla projektantów autorskich systemów z Arduino i Raspberry Pi, jak i dla zastosowań czysto konsumenckich. Zapraszamy do lektury artykułu-miniporadnika.
Poruszana dzisiaj tematyka obejmuje dwa najczęściej używane sensory (będziemy stosować to określenie zamiennie z czujnikami) – czujnik mikrofalowy oraz czujnik PIR. Przyjrzymy się różnicom, pozytywom i negatywom, i wreszcie – zdecydujemy, który najlepiej wybrać do pracy z projektem na minikomputerze.
Postaramy się odpowiedzieć na następujące pytania:
- czym są sensory mikrofalowy i czujniki PIR?
- jakie są ich zalety i wady?
- gdzie można je zastosować?
Czym jest czujnik mikrofalowy?
Czujnik mikrofalowy, znany także jako radar, RF albo czujnik Dopplera to urządzenie elektroniczne wykrywające wszelki ruch. Jest skomplikowane tylko z pozoru. Opiera swoje działanie na zjawisku promieniowania elektromagnetycznego, czyli zasadzie emisji i odbioru fal elektromagnetycznych. Wykrywanie ruchu możliwe jest także w oparciu o efekt Dopplera – w najprostszym ujęciu emitowane przez czujnik mikrofale “odbijają się” od powierzchni i wracają do czujnika, wówczas jest on w stanie wykryć i zmierzyć czas, którego sygnał potrzebował na powrót do źródła. Nazywa się to określeniem echo time (z ang. czas echa). Proste, prawda?
Przyjrzyjmy się bliżej owemu czasowi echa. Jest to inaczej odstęp czasu pomiędzy działaniem impulsu RF (radiofrekwencja) a odpowiedzią ośrodka – w tym przypadku naszego sensora. Pomaga on wyliczyć dystans od jakiegokolwiek obiektu w zasięgu detekcji czujnika.
Dzięki czasowi echa czujnik wykrywa, czy w zasięgu detekcji zachodzi jakikolwiek ruch. Ujmując rzecz na prostym przykładzie – poruszająca się osoba wpłynie na zmianę fal. Czujnik jest w stanie wykryć taką zmianę w mniej niż mikrosekundę (jedną milionową sekundy).
Zalety i wady czujnika mikrofalowego
✅ Odporność na temperatury otoczenia
Odczyty sensora mikrofalowego nie są zależne od temperatury otoczenia. Czyni go to bardziej wszechstronnym i pozwala na instalację w trudnych warunkach, wliczając w to upały, deszcze, mgłę, wiatr, kurz i pył, śnieg itp.
✅ Szeroki zakres detekcji
Czujnik mikrofalowy potrafi odczytywać informacje nawet przez ściany i otwory – to świetna funkcja w miejscach, gdzie montaż jest trudny oraz na rozległych terenach otwartych.
✅ Redukcja fałszywych alarmów
Czujnik mikrofalowy można programować tak, by ograniczał ilość fałszywych alarmów bez redukcji alarmów prawidłowych. Zwiększa to jego dokładność i prostotę użytkowania.
🙁 Konieczność stałego poboru energii
Odłączony od sieci energetycznej czujnik jest bezużyteczny – potrzebuje do pracy ciągłego dostarczania prądu, co czyni go nieco droższym w eksploatacji.
🙁 Praca w interwałach
Czujnik pracuje z przerwami, a obiekty mogą pozostawać w ruchu cały czas. Jeżeli coś lub ktoś porusza się wystarczająco szybko, to istnieje szansa, że uniknie wykrycia.
Zastosowania czujnika mikrofalowego
Gdzie stosuje się czujniki mikrofalowe? Przykłady obejmują wykorzystanie:
- w przemyśle (np. pomiary płynów),
- w zastosowaniach cywilnych (np. pomiary prędkości pojazdów),
- w transporcie (np. czujniki mierzące ruch przejeżdżających pojazdów),
- dla bezpieczeństwa (np. systemy antywłamaniowe),
- w automatyce drzwi i okien.
Przykład czujnika mikrofalowego
Czujnik DFRobot Gravity korzysta z efektu Dopplera do rozpoznania ruchu obiektów. Zastosowanie mikrofal zamiast podczerwieni umożliwia wykrywanie obiektów odbijających fale w zakresie mikro. Odczyt nie zależy od temperatury, wilgotności, hałasu, powietrza, pyłu czy światła – nadaje się do pracy w trudnych warunkach otoczenia i wykrywa także obiekty nieruchome czy nieożywione. Będzie działał z każdym modułem cyfrowym z napięciem 5 V.
Ciekawostką dla posiadaczy mikrokomputerów jest fakt kompatybilności czujnika z Arduino – przykładowy kod oraz szczegółowe informacje można znaleźć w przewodniku użytkownika.
Czym jest czujnik PIR?
Drugim omawianym czujnikiem ruchu jest czujnik PIR działający na zasadzie podczerwieni (z ang. Passive Infra Red; pasywny czujnik podczerwieni). Jest powszechnie stosowany w alarmach czy systemach automatyki budynkowej. Wykrywanie ruchu opiera się tutaj nie na zjawisku fal, ale precyzyjnym pomiarze energii cieplnej, czyli zmian temperatury. Sprawdza się doskonale w ciasnych przestrzeniach, gdzie mierzy światło podczerwone bijące od obiektów w zakresie detekcji. Jest to ta sama technologia, co np. w przypadku noktowizorów.
Czujnik PIR składa się z sensora piroelektrycznego – piroelementu, który odpowiada za wykrywanie różnych poziomów promieniowania podczerwonego. W efekcie sensor aktywuje się np. przy wykryciu zimnego czy ciepłego podmuchu powietrza. Wchodząca do pomieszczenia osoba sprawia, że czujnik odczytuje zmiany w temperaturze. Po jej wyjściu temperatura wraca do normy i sensor PIR dezaktywuje się. I to cała filozofia.
Zalety i wady czujnika PIR
✅ Mniejsze zużycie energii
Czujniki PIR zużywają mniej energii (od 0,8 do 1 W) w porównaniu z czujnikami mikrofalowymi.
✅ Niezawodność
Czujnik PIR jest w stanie wykryć ruch wewnątrz pomieszczeń niezależnie od czasu jego trwania. Sprawdza się zarówno za dnia, jak i w nocy.
✅ Mniejsze koszty
W porównaniu z czujnikami mikrofalowymi eksploatacja jest tańsza.
🙁 Wrażliwość
Niestety nie taka ludzka – w porównaniu z czujnikiem mikrofalowym czujniki PIR są zależne od temperatury otoczenia. Gdy wykryją wzrost ciepła w zbyt nagrzanej przestrzeni np. latem, mogą nie być w stanie wykryć ruchu pochodzącego np. od ludzi.
🙁 Ograniczenia temperatury
Czujniki nie pracują w temperaturze powyżej 35°C.
🙁 Mniejszy zasięg detekcji
Czujniki z podczerwienią pracują najlepiej na “linii w zasięgu wzroku” – np. wzdłuż korytarza. Jeżeli napotykają na kąty i załomy, to mogą pojawić się problemy z prawidłową detekcją.
Zastosowania czujnika PIR
Przykładowe miejsca, w których sprawdza się czujnik PIR, obejmują:
- wnętrza zamkniętych pomieszczeń (np. domy, biura, magazyny),
- pomieszczenia z wysokim sufitem/stropem,
- pomieszczenia z przepływem powietrza (np. korytarze, klatki schodowe),
- miejsca z linią zasięgu wzroku (np. przejścia w magazynach),
- miejsca z temperaturą niezależną od temperatury zewnętrznej.
Przykład czujnika PIR
Poznaliśmy zasadę działania, atuty i wady oraz zastosowania czujnika PIR. Przyjrzyjmy się zatem jednemu z nich. Bezprzewodowy czujnik ruchu PIR BBMagic Motion pozwala na wykrycie ruchu każdego obiektu, którego temperatura jest wyższa od zera bezwzględnego. Komunikuje się za pomocą interfejsu Bluetooth Low Energy (BLE). Zasilany napięciem od 2,7 V do 3,3 V. moduł jest także kompatybilny z Raspberry Pi.
Nauka płynie z dostrzegania różnic
Okej, wiemy już wszystko. Warto byłoby podsumować informacje tak, aby łatwiej było podjąć decyzję w kwestii tego, który czujnik wybrać.
- Przestrzeń – czujnik mikrofalowy przyda się tam, gdzie przestrzeń jest otwarta i nieregularna. Wszelkie załomy w ogrodzie albo kąty na podjedździe dla samochodów to domena czujnika mikrofalowego. Linie proste korytarzy, klatek schodowych i przejsc to miejsca, gdzie z kolei lepiej sprawdzi się czujnik PIR.
- Warunki – PIR jest zależny od temperatury i pracuje tylko poniżej 35°C. Czujnikowi mikrofalowemu temperatury i inne warunki pogodowe są niestraszne – może zaoferować pracę nawet pomiędzy -20°C a 45°C.
- Strefa detekcji – czujnik mikrofalowy to propozycja szerokiego pola detekcji, a w przypadku PIR jest ona ograniczona. PIR może przegapić obiekt w nieregularnych miejscach. Z kolei niezoptymalizowane ustawienia czujnika mikrofalowego (źle dobrane interwały) mogą sprawić, że obiekt przemknie niezauważony tuż przed jego nosem.
- Zużycie energii – czujnik mikrofalowy potrzebuje jej więcej. PIR to zużycie na poziomie ok. 0,8 W – 1 W energii, natomiast dla czujnika mikrofalowego jest to ok. 1,1 W – 1,5 W.
- Czułość – czujnik mikrofalowy jest bardziej czuły od czujnika PIR. Można uznać, że są tym samym skuteczniejsze.
Warto pamiętać, że czujniki czasami się gryzą – jednoczesne stosowanie dwóch rodzajów czujników może powodować zakłócenia ich pracy.
14 Responses
Dzień dobry, czy czujniki PIR działał by z lustrem lub inną powierzchnią odbijającą? Tak aby w jednym miejscu wejść za załom? Lub poniżej przypadek schodów?
Przeważnie lustra łazienkowe to aluminium pokryte szkłem – samo aluminium ma dobrą refleksyjność. Szklana powłoka jednak ją ograniczy, ponieważ jest przezroczysta tylko w ograniczonym zakresie (widzialne długości fal to około 400-700 nm). W zestawach laboratoryjnych najczęściej spotykane są uniwersalne lustra z polerowanego metalu. Są jak lustro w łazience, ale bez szklanej powłoki i zwykle z gładszą powierzchnią. Te lustra bywają zrobione z samego aluminium, złota, srebra lub z miedzi. Wszystko zatem zależy od doboru materiału, z którego będzie zrobione.
Witam.
Czy reflektor z PIR zamontowany w ogrodzie będzie dobrym pomysłem biorąc pod uwagę ruch gałęzi itp. Dodam miejsce jest nasłonecznione.
Pyroelement w czujniku PIR wykryje promieniowanie podczerwone, czyli ciepło. Sprawdzi się tam, gdzie dociera światło dzienne, bo wykryje oświetlenie na podstawie jego natężenia, ale gałęzie mogą przeszkadzać i przerywać wiązkę. Oprócz tego zwykle nie zaleca się montażu PIR na zewnątrz z uwagi na amplitudy temperatury w różnych porach roku. PIRy nie pracują też w temperaturze powyżej 35°C. Alternatywą może być montaż takiego czujnika:
https://botland.com.pl/czujniki-swiatla-i-koloru/7009-czujnik-zmierzchowy-z-zewnetrzna-sonda-mce35-2300w-5902211100058.html
Taki czujnik zmierzchu należy zamontować w odpowiednim miejscu z dala od innych lamp. PIR może być natomiast lepszy w przypadku, gdy włączanie się reflektora ma działać “kierunkowo” i wykrywać osoby podchodzące do drzwi. PIR rozróżni też dla nas na przykład kota, ptaka czy człowieka z uwagi na różną temperaturę ciał – w niektórych przypadkach to ważna sprawa. Warto zasięgnąć porady montera, a z wszelkimi pytaniami zapraszam także do kontaktu z naszym działem technicznym.
Dzień dobry, Zamontowałem plafon z czujnikiem ruchu na mikrofale w przedpokoju, ale wykrywa też ruch w kuchni która jest za ścianą. Czy można jakoś obniżyć jego skuteczność ? Przysłonić jedną stronę ? Posiada dwa układy – QJ Led Driver model HXS (24-36W) oraz QJ Led Driver Model 8-24W
Takie czujniki mają niestety tendencje do bycia bardzo czułymi. Możesz podać więcej informacji o modelu? Problem jest złożony, ostatecznie w podobnej sytuacji wymieniliśmy czujnik na “optyczny”, czyli ten typu PIR. Mikrofale można także wytłumić jakimś “metalem w ścianie”. Wówczas przechodząca przez niego fala indukuje przepływ prądu, w konsekwencji traci swoją moc i “wygasa”.
Witam, chcę wymienić dotychczasowy czujnik ruchu mikrofalowy. Coś warjuje, zapala halogen i gaśnie, mimo że nie ma obiektu w ruchu. Zamontowany on jest w puszce hermetycznej gdzie został zrobiony niewielki otwór który został zasłonięty przejrzystą pleksi. Zamontowany jest na wysokości 3:30 metra. Czy myśli Pan że na oświetlenie podwórka lepszy będzie dalej mikrofalowy czy pir? Dziękuję za odpowiedź i pozdrawiam
Witaj, Wojtku. Zdecydowanie PIR. Czujnik mikrofalowy może wykrywać z podwórka nawet kogoś lub coś w domu.
Witam, producenci i sprzedawcy podają pobór prądu/mocy na poziomie około 1W. Czy dobrze rozumiem, że jest to pobór na jedną godzinę – 1W/h?
Oczywiście NIE akceptuję, żadnych plików cookie, ani nic podobnego. Kliknąłem zgodę, ponieważ nie było innej możliwości przesłania zapytania. To nie jest fair.
Moc nie jest tym samym, co pobór mocy. Możesz go obliczyć w następujący sposób: moc urządzenia * czas zużycia sprzętu = ilość zużytych kWh.
W tym wypadku: 1W to 0,001kW, zatem w tym przypadku będzie to: 0,001kW * 1h = 0,001 kWh i tyle właśnie pobierze urządzenie przez godzinę nieprzerwanej pracy.
Wyrażenie zgody jest konieczne, abyśmy mogli wyświetlić Twoje imię nad komentarzem 🙂
Zamontowałem lampki led z czujnikiem PIR w korytarzu w domu. Lampki są w odległości ok. 50 cm od siebie. Niestety włączają się samoczynnie na przemian. Kąt detekcji to 160°. Czy wymiana na węższy kąt ( i jaki) może rozwiązać problem, lub w którą stronę “pójść”?
Witam.lampa z czujnikiem mikrofalowym w ogrodzie gdzie są gałęzie drzew i inne w zasięgu czujnika poruszające się na wietrze .czujnik będzie je wykrywać zawsze? Czyli do ogrodu z drzewami to kiepski pomysł?
Mam dwie lampy z czujnikiem PIR. Najpierw zaczęła ciągle świecić się jedna, dziś druga. Dziś zamontowałem nową kamerę z podświetleniem w podczerwieni, taką samą jak przy lampie pierwszej. Na to wychodzi, że kamera w podczerwieni potrafi wybudzić czujnik.