Różnice między czujnikiem PIR a czujnikiem mikrofalowym

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 4 min.

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. 

Czujnik podczerwieni

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

DFRobot Gravity czujnik mikrofalowy do wykrywania ruchu
Przykład czujnika mikrofalowego do wykrywania ruchu - DFRobot Gravity.

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.

Czujnik IR
Graficzne przedstawienie wiązek w czujniku PIR.

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

BBMagic Motion - Bezprzewodowy czujnik ruchu PIR
BBMagic Motion - bezprzewodowy (Bluetooth) czujnik ruchu 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. 

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Oskar Pacelt

Oskar Pacelt

Wierzy, że udany tekst jest jak list wysłany w przyszłość. W życiu najbardziej interesuje go prawda, pozostałych zainteresowań zliczyć nie sposób. Kocha pływać. Zajmuje się korektą tekstów (czyt. uprzykrzaniem życia współpracownikom), tłumaczeniami i ciekawostkami ze świata technologii.
Oskar Pacelt

Oskar Pacelt

Wierzy, że udany tekst jest jak list wysłany w przyszłość. W życiu najbardziej interesuje go prawda, pozostałych zainteresowań zliczyć nie sposób. Kocha pływać. Zajmuje się korektą tekstów (czyt. uprzykrzaniem życia współpracownikom), tłumaczeniami i ciekawostkami ze świata technologii.

Zobacz więcej:

Lutownice, stacje lutownicze - top 5
Kompendium
Oskar Pacelt

Stacje lutownicze – ranking top 5

Zanim przystąpimy do lutowania, upewniamy się, czy żaden ze spajanych elementów nie posiada mechanicznych uszkodzeń… ale wcześniej należy jeszcze sprawdzić, czy lutownica nam odpowiada! W artykule najlepsze stacje do lutowania – top 5 uszeregowane cenowo.

1 Komentarz

Dodaj komentarz