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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PARRAL
Proyecto sensor de movimiento
(Reporte)
Por:
José Luis Flores Pérez 11410338
Jesús Esteban Reyes Ayala 11410357
Titular:
Dra. Carla Campos Caldera
Detector de movimiento por sensor infrarrojo tipo piroeléctrico
Índice
Introducción 2
Antecedentes 4
Marco Teórico 5
Transmisor de alarma 5
Receptor 5
Sensor 6
Los sensores de movimiento 6
Principio de funcionamiento 7
Efecto de una Fuente Caliente en Movimiento 8
Aplicaciones 8
Domésticas 8
Ciencias médicas y biológicas 9
Seguridad Aérea y Territorial 9
Automovilismo 9
Objetivo 9
Listado de materiales Utilizados 9
Circuito para la amplificación de señal del PIR 11
Adaptacion del circuito y sensor a arduino 12
Codigo para la tarjeta arduino 13
Lectura del sensor traducido en arduino 13
Conclusión 14
Introducción
Un detector de movimiento es un dispositivo electrónico equipado de sensores que responden a un movimiento físico. Se encuentran, generalmente, en sistemas de seguridad o en circuitos cerrados de televisión. El sistema puede estar compuesto, simplemente, por una cámara de vigilancia conectada a un ordenador, que se encarga de generar una señal de alarma o poner el sistema en estado de alerta cuando algo se mueve.
En la actualidad hay diferentes tipos de sistemas de alarmas para el hogar disponibles en el mercado, los cuales varían en el nivel de protección que ofrecen la o las empresas que los proporcionan. Existen varios tipos de sensores, nosotros utilizamos el tipo sensor pasivo, ya que inyectan luz, microondas, o sonido en el medio ambiente como es nuestro caso. En el mundo actual las posibilidades para ofrecer seguridad a lugares que la requieran, son enormes, una de ellas, lo constituye el usar aparatos que simplifiquen y hagan menos costoso la labor de vigilar, recurriendo a los avances tecnológicos que la informática, las redes y la sensoriales
Al instalar sensores no se precisa tener un vigilante dedicado a esa labor, solo basta que el sensor detecte un intruso, para que envíe una señal y active otro dispositivo como puede ser una bocina que ponga en evidencia a quien ha entrado sin autorización o una luz infrarroja.
A continuación se presenta como proyecto un circuito enmarcado como sensor de movimiento infrarrojo con alarma, está siendo presentado como un dispositivo electrónico que no sólo contiene los sensores, sino que está conectado al panel de control principal de banda estrecha o con bajo voltaje. Los sensores que son muy comunes para alarmas son los que indican la apertura de puertas y ventanas.
Comparativamente con otras soluciones de seguridad, esta con sensores es mucho más económica y fácil de implementar, ya que con una inversión mínima y una capacitación básica elemental se puede contar con un recurso de seguridad permanente y de comprobada eficiencia. El siguiente circuito a realizar tiene gran potencial para muchas otras aplicaciones similares, es un sensor de movimiento infrarrojo, el cual nos permite encender luz infrarroja, en el cual se usará un emisor y un receptor infrarrojo. La idea es que entre estos elementos exista un haz de movimiento, al ser interrumpido por el objeto o detección de movimiento.
El sensor de movimiento es un sensor modular Sensor Infrarrojo que alternativamente puede usarse también en la industria China, son funcionalmente y su uso es sencillo. De aquí en adelante usaremos como referencia el circuito propuesto como modelo, para la aplicación de las descripciones anteriormente mencionadas.
Antecedentes
La evolución de redes de sensores tiene su origen en iniciativas militares, las investigaciones fuera del ambiro militar datan de finales de los 90, con el proyecto smartdust. Con el objetivo de crear sensores con comunicación en un milímetro cubico. Los investigadores participantes en estos estudios apodaron con el término "mota" a los nodos sensores.
La idea de desarrollar estos dispositivos fue promovida por la evolución de la miniaturización de ordenadores, la cual dio lugar a desarrollar pequeñas computadoras que se comunican en forma inalámbrica y se organizan autónomamente.
Marco Teórico
En pocas palabras los sistemas de seguridad tienen como objetivo vigilar y proteger tanto a la persona como al inmueble que habita. Las alarmas son de interés especial para los diferentes tipos de personas o puedan encontrarse en otras situaciones, no necesariamente por asalta sino también por necesidades de supervisión por problemas de salud, en las que se requiera avisar para recibir asistencia urgente.
Transmisor de alarma
Permite utilizar cualquier sensor o detector con su sistema de alarma lo cual permite que el equipo emita una señal, código o mensaje a través de un medio.
Receptor
Es la función de recepción de las señales emitidas por el transmisor debido a un salto de alarma por un intruso a las diversas instalaciones de seguridad. Este sistema de alarma es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión, procesamiento de señales activadas por los sensores. También un sistema que es una combinación de dispositivos diseñado para manipular información lo cual sean presentadas por un estándar de definición.
Sensor
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica como en una RTD, una capacidad eléctrica como en un sensor de humedad, una Tensión eléctrica como en un termopar, una corriente eléctrica como en un fototransistor, etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor esta siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industrias automotrices, industria aeroespacial, medicina, industrias de manufactura, robótica, entre otras.
Los sensores de movimiento
Son aparatos basados en la tecnología de los rayos infrarrojos o las ondas ultrasónicas para poder captar en tiempo real los movimientos que se generan en un espacio determinado. Estos sensores de movimiento, adscritos sobre todo cámaras de seguridad, puertas en almacenes y centros comerciales, etc.; son uno de los dispositivos más reconocidos e importantes dentro de la seguridad electrónica, que tanto ha apostado por, sobre todo, dos aspectos fundamentales: el tamaño y la funcionalidad de cada uno de los equipos que usan durante el proceso. Y es que los sensores de movimiento que podemos ver, por ejemplo, encima de las entradas y salidas de establecimientos públicos que se activan con sólo la movilidad específica de los sujetos, cumplen a cabalidad con estas leyes, si se puede decir así, de la seguridad virtual que cada día nos sorprende más.
El sensor de movimiento es un sensor modular Sensor Infrarrojo de Proximidad PIR (industria Estadounidense) o alternativamente puede usarse también el Sensor de Movimiento PIR (industria China), ambos son funcionalmente iguales y su uso es similar.
El sensor PIR posee solamente tres pines: Salida de Señal, V+ y GND, sus especificaciones principales son:
Rango de detección hasta 6 metros.
Salida de un solo bit.
Un jumper selecciona el modo de salida: disparo continuo o por flanco.
Tamaño pequeño que hace fácil ocultarlo.
Compatible con muchos micro controladores.
Alimentación requerida: 3.3 a 5 VDC; >3 mA (puede variar)
Comunicación: Salida de un solo bit nivel alto/bajo.
Dimensiones: 32.2 x 24.3 x 25.4 mm
Principio de funcionamiento
Los rayos infrarrojos(IR) entran dentro del fototransistor donde encontramos un material piroeléctrico, natural o artificial, normalmente formando una lámina delgada dentro del nitrato de galio [Ga(NO3)3], nitrato de Cesio (CsNO3), derivados de la fenilpirazina, y ftalocianina de cobalto. Normalmente están integrados en diversas configuraciones (1,2,4 píxels de material piroeléctrico). En el caso de parejas se acostumbra a dar polaridades opuestas para trabajar con un amplificador diferencial, provocando la auto-cancelación de los incrementos de energía de IR y el desacoplamiento del equipo.
Efecto de una Fuente Caliente en Movimiento
Los rayos infrarrojos provenientes de un ser humano son detectados por un sensor de movimiento PIR debido a un sistema de lentes Fresnel o mediante un espejo que contiene cristales piroeléctricos.
En muchas aplicaciones se desea captar el mayor espacio posible, para lo cual es necesario el empleo de lentes o de un sistema de reflexión adicional, con lo que se conseguirá tener una captación de hasta 360°.
Generalmente se desea que el detector de movimientos PIR sea capaz de captar personas a la mayor distancia posible dentro del mayor ángulo posible. Para lograr esto es necesario el empleo de un sistema de lentes colocado delante del sensor. Un tipo de lente adecuado para este fin es el lente Fresnel, el cual consta de pequeños segmentos (facetas) que están colocados de manera que el sensor capte la mayor cantidad posible de rayos infrarrojos emitidos por la persona. Normalmente estos lentes están hechos de un color blanco, pero pueden tener cualquier color, con la condición que la transmisión de los rayos infrarrojos no se vea restringida.
Otro método para concentrar los rayos emitidos por la persona es mediante un conjunto de espejos pequeños que están ordenados de manera que los rayos sean desviados hacia el sensor.
Detectores de Movimientos PIR empleados para el Ahorro del Consumo de Energía Eléctrica
Aplicaciones
Domésticas
Para aplicaciones domésticas, los sensores infrarrojos se utilizan en electrodomésticos de línea blanca tales como hornos microondas, por ejemplo, para permitir la medición de la distribución de la temperatura en el interior. Estos dispositivos se usan también en el control climático de la casa para detectar oscilaciones de la temperatura en un local. Este planteamiento permite que el sistema de climatización reaccione antes que la temperatura del local varíe. Los sensores infrarrojos también se pueden utilizar como sensores de gas.
Ciencias médicas y biológicas
Una tendencia en el diagnóstico médico es desarrollar nuevos métodos de diagnóstico no invasores. Los sensores infrarrojos ofrecen una solución para ciertos procedimientos de reconocimiento, por ejemplo, los de mama y de músculos.
Otra aplicación médica para los sensores infrarrojos es la medición instantánea de la temperatura del cuerpo, es decir, como un termómetro remoto.
Seguridad Aérea y Territorial
Los sensores infrarrojos están siendo utilizados por las fuerzas armadas. Los sistemas infrarrojos de monitorización del campo, tanto fijos como portátiles, sustituyen cada vez más a los sistemas refrigerados por su reducido consumo de energía.
Automovilismo
En la industria automovilística, los sensores infrarrojos se usan en el campo de la seguridad y el confort en la conducción. Monitorización del tráfico y carreteras, sistemas antiniebla, de los neumáticos y frenos, mejoras de la visión del conductor y detección de los ocupantes sentados para la activación de airbags inteligentes son algunas de las aplicaciones anteriores, por su banda el control de la temperatura de la cabina y la monitorización de la calidad del aire constituyen las más recientes.
Objetivo
Conocer y producir un sensor de movimiento construido desde cero y lograra adaptarlo a un microcontrolador (arduino uno) y a su vez adquirir conocimiento sobre sus aplicaciones y adecuaciones a un entorno.
Listado de materiales Utilizados
1 Sensor piro eléctrico PIR (RE200B, LHi778 o PIR325)
1 lente Fresnel
Resistencias
2 – 100 kΩ
2 – 47 kΩ
3 – 4.7 kΩ
2 – 470 kΩ
2 – 220 kΩ
2 – 1 kΩ
2 – 3.3 kΩ
Resistencias Variables
1 – 100 kΩ
Capacitores electrolíticos
3 – 10 uF
3 – 47 uF
Capacitores cerámicos
2 – .01 uF
3 – .22 uF
Diodos
2 – Zener 5.1v
Amplificadores operacionales
Amplificador QUAD lm324n
Eliminadores de corriente
Eliminador de corriente
Entrada: 120-240 volts C.A.~50/60Hz 0.2A
Salida: 5.1 volts C.D. 0.7A
Eliminador de corriente
Entrada: 120-240 volts C.A.~50/60Hz 0.5A
Salida: 12 volts C.D. 1.5ª
Microcontroladores:
Arduino uno R3
Circuito para la amplificación de señal del PIR
NOTA: en el esquema se utilizó un amplificador operacional lm4559, se puede remplazar por un amplificador lm324n.
El sensor PIR viene especificado su diagrama de la siguiente manera:
G es el negativo (GROUND)
S surtidor, salida (con resistencia . de 47K a negativo).
D drenador a positivo (3 a 15V).
Adaptacion del circuito y sensor a arduino
La salida que obtuvimos de nuestro circuito amplificado viene representada como el cable amarillo en el diagrama anterior la alimentación utilizamos una fuente alterna a la proporcionada por la placa arduino.
Codigo para la tarjeta arduino
En este caso se utilizó un microcontrolador arduino uno R3 para la elaboración de este proyecto, la programación que se utilizo fue la siguiente:
const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 13;
int buttonState = 0;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(buttonPin, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
buttonState = digitalRead(buttonPin);
if (buttonState == HIGH) {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
}
else {
digitalWrite(ledPin, LOW);
}
Serial.println(buttonState);
delay(500);//tiempo que tarda en apagar después de no detectar movimiento
}
Lectura del sensor traducido en arduino
El sensor es alimentado un voltaje de 3.3 a 5 voltios de corriente directa, en est6e proyecto se utilizó un eliminador de corriente a 5 volts para su alimentación el resto del circuito fue alimentado por 12v el amplificador operacional lm324n y el resto del circuito se alimentó con 5 volts como se especifica en el diagrama.
El sensor fue adaptado al circuito amplificador para que el microcontrolador (en este caso arduino) pudiera captar las señales producidas por el sensor infrarrojo de tipo piro eléctrico, y a su vez interpretadas mediante un monitoreo en pc y un led en físico.
El funcionamiento de este proyecto se basa en salidas digitales (0 y 1) mediante rangos de voltaje desprendidos de la salida que nos mandaba el sensor la posición de apagado o cero estaba dada por una lectura de 4 – 5 volts, en ese momento el led permanecía apagado y la lectura en el monitoreo mediante una pc era 0 (cero).
Al detectar movimiento el sensor nos daba una lectura de 5 – 10 volts y en ese momento el monitoreo en la pc pasaba a ser uno (1) posición en la cual el led cambiaba a la posición de encendido.
Este sensor puede ser configurado a modo de cambiar sensibilidad mediante un potenciómetro con la finalidad de que en su aplicación principalmente alarmas, este puede detectar movimiento de animales y generan una pequeña cantidad de movimiento pero puede ser suficiente para activar el dispositivo. Entre más movimiento detecta el dispositivo mas entrega más salida de voltaje; con el potenciómetro puede ajustarse la sensibilidad a modo de que solo se active cuando detecte una gran cantidad de movimiento.
Conclusión
El sensor PIR es un dispositivo piroeléctrico que mide cambios en los niveles de radiación infrarroja emitida por los objetos a su alrededor a una distancia de 6 metros. Como respuesta al movimiento, el sensor cambia al nivel lógico de un "pin", por lo cual, su uso es extremadamente simple. Adicionalmente es un sensor de bajo costo y reducido tamaño muy utilizado en sistemas de alarmas, iluminación controlada por movimiento y aplicaciones de robótica.
El detector de movimiento, tiene una gran importancia como detector de presencia, en las instalaciones de seguridad. El avance de la tecnología, ha disminuido enormemente el tamaño de los sensores, así como las falsas detecciones debidas a los animales de compañía. En pocas palabras los sistemas de seguridad tienen como objetivo vigilar y proteger tanto a la persona como al inmueble que habita. Las alarmas son de interés especial para los diferentes tipos de personas o puedan encontrarse en otras situaciones, no necesariamente por asalta sino también por necesidades de supervisión por problemas de salud, en las que se requiera avisar para recibir asistencia urgente.
Este circuito es un sistema de seguridad pasiva, no evita la situación anormal pero si advierte de ella, cumpliendo así una función disuasoria frente a posibles problemas; son capaces además de reducir el tiempo de ejecución de las acciones a tomar en función del problema presentado, reduciendo así las pérdidas.
La Seguridad es un área de rápido crecimiento, y constantemente aparecen nuevos y mejorados sistemas de alarmas. En general, estos sistemas se siguen construyendo basados en la misma estructura. Un panel de control monitorea varios detectores de movimiento y sensores perimetrales y emiten un sonido de alarma cuando alguno de los sensores es activado.
Realmente nuestro gran principal interés es el bienestar y seguridad para nosotros y para los nuestros, por eso esta idea nos brindara confort y comodidad necesaria para sentirnos dueños de nuestro futuro. En este caso, se implantaría uno de estos dispositivos para la protección de las viviendas y el bienestar de las familias, porque aparte de todo lo demás, más importante es brindar firmemente seguridad a los nuestros. Analizando los hechos, hemos podido determinar que el prototipo pudo llevarse a cabo de manera exitosa con la buena administración de los implementos y la excelente utilización de los conceptos básicos obtenidos.
