這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

目錄

1. PIR傳感器簡介
1.1 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
1.2 您將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容
2. 將PIR傳感器與Raspberry Pi連接
2.1 設(shè)置環(huán)境
2.2 GPIO引腳編號方案
2.3 示例PIR電路和代碼

1. PIR傳感器簡介

PIR是被動(dòng)紅外的首字母縮寫，具有很棒的性能，因?yàn)樗话l(fā)射任何紅外光（這意味著低功耗），只用于檢測其視場中快速變化的紅外光。

傳感部分是一個(gè)雙金屬熱釋電傳感器，由對紅外光響應(yīng)方式不同的兩種材料組成，其微弱的電輸出信號會(huì)被低噪JFET放大，以產(chǎn)生可用的電壓輸出。

由于熱釋電傳感器板是平的，不適合用于諸如110度這樣的視場，所以可以添加一個(gè)菲涅爾透鏡進(jìn)行聚焦，這與美國宇航局的深空天線非常相似。該圓形塑料部件位于傳感器前側(cè)，旨在將紅外線反射到構(gòu)成熱釋電傳感器的兩個(gè)金屬板上，從而讀取紅外熱像的變化。

根據(jù)設(shè)計(jì)，通過放大級，PIR傳感器能夠觸發(fā)繼電器（例如打開燈光）或向附近的裝置發(fā)送信號，通知它在特定區(qū)域有運(yùn)動(dòng)發(fā)生。這種功能在我們的現(xiàn)代生活中無處不在，比如您附近每一次低沉的“咔嗒”聲和突然的照明，都是通過使用這些先進(jìn)的傳感器實(shí)現(xiàn)的。

1.1 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

PIR傳感器可靠性好、壽命長，最重要的是，可以靈活應(yīng)用于很多場景，通常具有可調(diào)節(jié)的紅外閾值和開啟時(shí)間。

然而，PIR傳感器也存在局限性。它們?nèi)菀壮霈F(xiàn)誤報(bào)（出于一些常見的情況，如氣流），而高度準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)檢測最好使用微波傳感器，例如，昂貴的汽車報(bào)警器都會(huì)使用微波傳感器。

PIR在首次通電時(shí)還需要長達(dá)30-60秒的時(shí)間才能穩(wěn)定下來，并且通常首次通電時(shí)會(huì)在信號引腳上觸發(fā)至少一個(gè)誤報(bào)。這是因?yàn)樗鼈儠?huì)響應(yīng)不斷變化的紅外熱像，而通電構(gòu)成了變化。這意味著您的設(shè)備可能不得不延遲操作，直到PIR穩(wěn)定下來。具體情況取決于不同的應(yīng)用場景，這可能會(huì)有點(diǎn)麻煩。

1.2 您將會(huì)學(xué)到的內(nèi)容

在后文中我們將要使用的基于Raspberry Pi的 HC-SR501帶有很多旋鈕和控制桿。您可以對所有的功能和交互方式進(jìn)行調(diào)整來為您的應(yīng)用提供完美的感應(yīng)輸入信息。

您的PIR傳感器必需要與其他元件連接，否則不會(huì)有任何作用。通過本文，您將學(xué)習(xí)如何將其與您的Raspberry Pi連接。我們提供了示例代碼，在shell腳本中使用了WiringPi的“gpio”庫。

您可以根據(jù)自己的意愿對其進(jìn)行修改，這很容易，尤其是參照《高級Bash腳本編程指南》的話，我們接下來就會(huì)安裝該指南。

2. 將PIR傳感器與Raspberry Pi連接

您需要先設(shè)置自己的Raspberry Pi，請根據(jù)本指南快速完成此操作。

2.1 設(shè)置環(huán)境

完成后，將下面的腳本復(fù)制到您的Raspberry Pi，然后運(yùn)行它：

sudo bash rpi_prepare.sh

該命令將用于安裝與GPIO硬件接口相關(guān)的大多數(shù)軟件包。“abs-guide”包將用于安裝《高級Bash腳本編程指南》，建議所有用戶都安裝該指南。可以在以下位置找到它：

“/usr/share/doc/abs-guide/html/index.html”。

專業(yè)提示：作為用戶“pi”，將以下內(nèi)容粘貼到您的終端中：

cd /usr/share/doc/abs-guide/html && 
python -m SimpleHTTPServer >/dev/null 2>&1 &
cd -

并在 http://raspberry.local:8000 查看指南—如果您的工作站和Pi之間的mDNS無法正常運(yùn)行，請使用：

hostname -I

然后獲取IP地址，接下來訪問 http://pi-ip:8000 …

— 或者，可以點(diǎn)擊此處下載PDF格式文件。

即使您不打算編寫腳本，而只是使用終端，本指南也會(huì)非常有用。

[ begin rpi_prepare.sh ]

#! /usr/bin/env bash
set -eu -o pipefail



export DEBIAN_FRONTEND DEBIAN_PRIORITY DEBCONF_NOWARNINGS

_pkg_list="vim zip unzip curl wget pigpio wiringpi rsync wiringpi 
python-rpi.gpio python3-rpi.gpio rpi.gpio-common git python3-serial 
python-serial abs-guide python-gpiozero python-gpiozero-doc 
python3-gpiozero"

# Upgrade system and installed packages
sudo apt update || ech o failed to update index list 
sudo dpkg --configure -a || ech o failed to fix 
interrupted upgrades
sudo apt --fix-broken --fix-missing install || ech o 
failed to fix conflicts 
sudo apt -y --allow-downgrades --fix-broken 
--fix-missing dist-upgrade 

# Install $_pkg_list
sudo apt update
sudo apt-get -y install $_pkg_list

[ end rpi_prepare.sh ]

如果您在無頭模式下運(yùn)行Raspberry Pi 并希望添加SSH連接，請?jiān)?微SD的第一個(gè)分區(qū)（/boot）上創(chuàng)建一個(gè)名為“ssh”的文件，以允許在首次啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行SSH訪問。如果您使用的是USB-TTL適配器，請發(fā)出以下命令以確保串行連接：

sudo ech o 'enable_uart=1' >> /PATH/TO/BOOT/MOUNTPOINT/config.txt

2.2 GPIO引腳編號方案

中級/高級用戶可以跳過此部分。剛接觸GPIO的人需要了解一下該部分內(nèi)容。在Raspberry Pi系統(tǒng)上，引腳的編號至少有兩種方案：BCM和BOARD。BCM方式晦澀難懂，但是很便攜。而BOARD簡單易懂，就像“1-2-3”這樣，GPIO引腳位于板的右側(cè)，微SD槽在背對您的位置。但請注意，這可能會(huì)因具體情況有所變化！

引腳1為3V3，引腳2為5V，以此類推。此編碼方案可以讓您從頂部開始計(jì)數(shù)，直到找到所需引腳為止。第三個(gè)是WiringPi的編號方案，可以直接使用GPIO編號，我不選擇使用這個(gè)方法，也不推薦您使用。請使用BCM或BOARD編號，這絕對是正確的選擇。

您可以通過以下命令使用“wiringpi”軟件中的gpio實(shí)用程序來臨時(shí)查看這些編號方案的編號對應(yīng)方式。

gpio readall

輸出內(nèi)容如下所示：

顯示內(nèi)容可能會(huì)因所使用開發(fā)板的不同而不同。請參閱Pinout.xyz網(wǎng)站了解所有Raspberry Pi板的引腳圖信息，這可以節(jié)省很多時(shí)間！

2.3 示例PIR電路和代碼

您將需要以下元件來構(gòu)建
電路:

BOM:

一旦您把元件組裝在了一起，完成面包板上的電路連接就很容易了。請按照下圖連接，特別注意您要連接的Pi GPIO引腳。

HC-SR501接受5到12V的輸入電壓，因此請從5V引腳（既然我們已經(jīng)熟練掌握引腳編號方案了，可以直接說是BOARD2和BOARD4）拉一根條線到面包板的5V/紅色電源軌。

然后將一根條線從GND（BOARD6）拉到黑色軌上。

從那里將5V連接到HC-SR501的引腳3，并將GND連接到引腳1。

在PIR的引腳2和Raspberry Pi的BCM25/BOARD22引腳之間放置一個(gè)1kOhm的電阻，以延長Pi引腳的使用壽命，且信號不會(huì)受到影響。這就是我們的輸入。

當(dāng)您希望調(diào)整信號引腳3V3上信號的IR靈敏度、觸發(fā)行為（位置為H和L的3P接頭）以及導(dǎo)通時(shí)間時(shí)，請參閱HC-SR501的指南。技術(shù)規(guī)格書可點(diǎn)擊此處獲取。

在下文中您會(huì)看到我將跳線設(shè)置為“無重復(fù)”（L），這意味著只要有運(yùn)動(dòng)，它的信號就會(huì)保持在3V3—這有點(diǎn)不可靠。電容器看起來也不可靠，但是只要使用一些熱膠，它們就永遠(yuǎn)不會(huì)脫離模塊。

在第二張圖片中，您會(huì)看到兩個(gè)電位器。左側(cè)用于調(diào)整靈敏度（CW用于增加，反之用于減少），右側(cè)用于調(diào)整導(dǎo)通時(shí)間（CW用于增加，反之用于減少）。非常簡潔。

我們還想添加一個(gè)小LED用于在檢測到運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出指示。我用的是藍(lán)色 ROHM SLR343BC4TT32 3mm LED。需要將一個(gè)限流電阻與Pi的BCM25/BOARD18引腳和LED的陽極（長腿）串聯(lián)，限流電阻至少為1kOhm。將LED的陰極連接到GND軌，就完成了。

在示例應(yīng)用程序中，我們將使用WiringPi的“gpio”庫從PIR讀取3V3/0V到Pi。我傾向于捕捉上升沿并忽略整個(gè)信號導(dǎo)通時(shí)間，但這需要一個(gè)硬件濾波器（2個(gè)1kOhm電阻、1個(gè)0kOhm電阻和1個(gè)100nF電解電容器）來消除抖動(dòng)。

也許還需要加上一個(gè)軟件過濾器（檢查，等待5毫秒，再次檢查）以可靠地進(jìn)行工作。不需要確定引腳的狀態(tài)，但是您會(huì)發(fā)現(xiàn)相比于Arduino，在Raspberry Pi上捕捉瞬間波形需要做更多的工作。

[ begin pir_wiringpi.sh ]

#! /bin/bash 
# Detects when BOARD22/BCM25/WiringPi6 goes to 3V3, 
# and lights a LED for $_action_time seconds when this
# happens.
# Notes: 
# * Depends on 'gpio' utility from the wiringpi package. Install it 
#   with 'apt-get -y install wiringpi'.
# * Give PIR sensor 30-60s to adjust to ambient IR, you may
#   want to delay before reading signal from it.
set -eu -o pipefail
PATH=/bin:/usr/bin
_pir_pin=25 # BCM25/BOARD22/WiringPi6
_led_pin=24 # BCM24/BOARD18/WiringPi5
# How long should the action run?
_action_time=5

# Clean up on ^C and TERM, use 'gpio unexportall' to flush everything manually.
trap "gpio unexport $_pir_pin ; gpio unexport $_led_pin" INT TERM

# Explicitly uses BCM_GPIO pin numbering, no '-g' flag needed.
gpio export $_pir_pin in 
gpio export $_led_pin out

# Let PIR settle to ambient IR to avoid false positives? 
# Uncomment line below.
#sleep 30

while true
do
  _ret=$( gpio -g read $_pir_pin )
  if [ $_ret -eq 1 ] 
  then
    ech o "[!] PIR is tripped, LED on ..."
    ech o "( Do real stuff here ... helloworld with a bullhorn *wink* )"
    # ...
    gpio -g write $_led_pin 1
    s leep $_action_time
    elif [ $_ret -eq 0 ]
    then
      gpio -g write $_led_pin 0
    fi
  s leep 0.1
done

[ end pir_wiringpi.sh ]

這段代碼大約是使用了相同RPi.GPIO庫的Python3腳本長度的一半，但是更清晰。

您可能會(huì)對腳本剛開始的“陷阱”感到困惑—它只是一個(gè)shell信號處理程序。如果按下CTRL+C退出正在運(yùn)行的程序，GPIO狀態(tài)將會(huì)被清除。

除此之外，該腳本都用于執(zhí)行相關(guān)程序，檢查PIR引腳的讀數(shù)是0（0V）還是1（3V3）。如果讀數(shù)為0，則沒有任何反應(yīng)；如果讀數(shù)為1，則會(huì)在5秒內(nèi)執(zhí)行一些新的動(dòng)作。

這個(gè)新的動(dòng)作究竟是什么完全取決于您！

如果您沒什么想法，可以考慮一下我去年萬圣節(jié)想到的反向門鈴。用PIR代替按鈕，用室外擴(kuò)音器代替室內(nèi)門鈴（我有一個(gè)36W的擴(kuò)音器，這很棒！）。那么這個(gè)裝置什么時(shí)候可以派上用場呢？

只是在萬圣節(jié)嗎？可以通過拒絕給別人家的孩子糖果來對抗兒童糖尿病！做一個(gè)新穎的慈善家！

Lasse Efrayim Jespersen

Lasse出生于以色列，后移居到緯度較冷的地區(qū)。出于個(gè)人天然的興趣愛好，他一步步走近了直接的Perl、高效的C/C++、以及優(yōu)雅的MicroPython。他非常喜歡用ESP8266/ESP32/Raspberry Pi和Arduino來構(gòu)建機(jī)器。

審核編輯黃宇