人體紅外線模組

人體紅外線模組 HC-SR501 原理

HC-SR501 是一種被動紅外線感測模組（PIR，Passive Infrared Sensor），主要用於偵測人體或動物的紅外線輻射變化，從而判斷是否有物體進入感測範圍。它的基本原理如下：

1. 紅外線偵測：模組內有一個紅外線感測元件（Pyroelectric sensor），它能夠偵測到人體所發出的紅外線輻射變化。人體在移動時，輻射的變化會觸發感測器。

2. 透鏡組件：模組上有一個菲涅爾透鏡，可以將廣角範圍內的紅外線聚焦到感測器上，提升偵測距離和範圍。

3. 信號處理：當感測器偵測到紅外線變化時，會產生微弱的電壓變化。模組內部的運算放大器將此信號放大並轉換成高低電平輸出信號。

4. 輸出信號：當偵測到移動時，模組的 OUT 腳位會輸出高電平（3.3V 或 5V），表示有物體移動；沒有偵測到時，輸出低電平（0V）。

HC-SR501 與 Raspberry Pi 連接方式

1. VCC：接 Raspberry Pi 的 5V 或 3.3V（建議使用 5V）。

2. GND：接 Raspberry Pi 的地（GND）。

3. OUT：接 Raspberry Pi 的 GPIO16（物理引腳號 36）。

使用 Python 寫一個測試程式

以下是用 Python 寫的一個簡單測試程式，來讀取 HC-SR501 的輸出信號，當偵測到移動時，會在終端機中打印出相關訊息：

python

複製程式碼

import RPi.GPIO as GPIO

import time

# 設定 GPIO 模式為 BCM

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 定義 HC-SR501 的輸出腳位

PIR_PIN = 16

# 設定 GPIO 腳位為輸入模式

GPIO.setup(PIR_PIN, GPIO.IN)

# 設定程式結束時的清理函數

def cleanup():

    GPIO.cleanup()

try:

    print("PIR 模組初始化中...")

    time.sleep(2)  # 等待模組穩定

    print("準備偵測中（按 Ctrl+C 結束）")

    while True:

        if GPIO.input(PIR_PIN):

            print("偵測到移動!")

        else:

            print("未偵測到移動")

        time.sleep(1)  # 每秒偵測一次

except KeyboardInterrupt:

    print("程式結束")

finally:

    cleanup()

程式說明

1. 初始化與設定：

   • 使用 GPIO.setmode(GPIO.BCM) 來設定 GPIO 模式。

   • 使用 GPIO.setup(PIR_PIN, GPIO.IN) 將 GPIO16 設定為輸入模式。

2. 偵測迴圈：

   • 程式進入無限迴圈 while True:，每秒檢查一次 HC-SR501 的輸出。

   • 如果感測到移動（GPIO.input(PIR_PIN) 為 True），則打印「偵測到移動!」。

   • 否則打印「未偵測到移動」。

3. 程式結束：

   • 捕捉到 KeyboardInterrupt（如按 Ctrl+C 結束程式），執行 finally 中的 cleanup() 函數來清理 GPIO 設定。

這樣的程式可以用來簡單測試 HC-SR501 模組的偵測功能。

建議在訊號輸出端可以並連一顆LED串上330歐姆電阻，就可以觀測到訊號輸出端的變化，有助於在程式開發時比對功能是否正常。

HC-SR501 人體紅外線感測模組的設計主要是用來偵測動態變化，即物體的「移動」。這意味著：

偵測原理詳解

1. 動態變化觸發：

   • 模組感測的是紅外線輻射的變化，而不是靜態的紅外線值。當人體或動物在感測範圍內移動時，會造成紅外線輻射量的變化，這種變化會被模組內的熱釋電感測器偵測到，然後觸發輸出信號。

2. 靜態不觸發：

   • 如果人體在感測範圍內「靜止不動」，紅外線的輻射強度不會有明顯的變化，模組不會再持續輸出高電平信號，而會回到低電平狀態。因此，靜止的狀態不會持續觸發感測器。

3. 重複觸發模式與單次觸發模式：

   • HC-SR501 上有一個跳線帽可以設定「重複觸發模式」（Repeat Triggering Mode）和「單次觸發模式」（Single Triggering Mode）。

     • 重複觸發模式 (H)：在感測範圍內持續有移動，模組會不斷重複輸出高電平。

     • 單次觸發模式 (L)：無論移動是否持續發生，模組在每次感測到移動後只會輸出一次高電平，然後等待設置的時間（Time Delay）結束，再次偵測新移動。

4. 延遲時間設定：

   • HC-SR501 模組上有一個電位器可以調整延遲時間（Time Delay），範圍通常在幾秒到幾分鐘之間。這個設定決定了模組在偵測到移動後，會保持高電平輸出的時間長短。

總結

• 靜止不觸發：人體或物體靜止在感測範圍內，模組將不會繼續輸出高電平信號，反而會回到低電平。

• 移動觸發：當人體或物體開始移動，模組會偵測到紅外線輻射變化，輸出高電平信號。

這樣的設計使得 HC-SR501 非常適合用來偵測有人進入房間或區域，或是觸發某些自動化的動作，但不適合用來判斷物體在感測範圍內的靜止狀態。

如果你需要偵測靜態的存在狀態，可能需要考慮其他技術，例如超聲波感測器、雷達感測器或攝影機圖像辨識。

最後決定的程式版本

可以在「停止計時...」訊息中加入當前的時間（格式為「時：分：秒」），並將偵測的間隔時間從 0.1 秒改為 3 秒。這樣每 3 秒檢查一次移動狀態，並在停止計時時顯示當前的時間。以下是修改過的程式碼：

修改後的程式碼：

python

複製程式碼

import RPi.GPIO as GPIO

import time

from datetime import datetime

# 設定 GPIO 模式為 BCM

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 定義 HC-SR501 的輸出腳位

PIR_PIN = 16

# 設定 GPIO 腳位為輸入模式

GPIO.setup(PIR_PIN, GPIO.IN)

# 設定相關變數

detect_flag = False  # 是否偵測到物體

start_time = 0       # 計時開始時間

timeout = 30         # 超時時間，單位：秒

interval = 3         # 偵測間隔時間，單位：秒

# 設定程式結束時的清理函數

def cleanup():

    GPIO.cleanup()

try:

    print("PIR 模組初始化中...")

    time.sleep(2)  # 等待模組穩定

    print("準備偵測中（按 Ctrl+C 結束）")

    while True:

        # 讀取當前的 PIR 狀態

        current_state = GPIO.input(PIR_PIN)

        if current_state:

            if not detect_flag:

                # 當偵測到移動並且標誌為 False 時，開始計時

                detect_flag = True

                start_time = time.time()

                print("\n偵測到物體移動! 開始計時...", end="\r")

            else:

                # 偵測到物體移動且計時已開始，更新計時器顯示

                elapsed_time = time.time() - start_time

                print(f"持續偵測到物體移動! 計時... {elapsed_time:.2f} 秒", end="\r")

        else:

            # 當偵測到物體停止移動（狀態改變）且計時器已啟動

            if detect_flag:

                elapsed_time = time.time() - start_time

                # 取得當前時間

                stop_time = datetime.now().strftime('%H:%M:%S')

                print(f"\n30秒內未偵測到移動。持續計時時間為：{elapsed_time:.2f} 秒，停止計時... 停止時間：{stop_time}")

                detect_flag = False

                start_time = 0

        # 每隔3秒檢查一次狀態，更新時間顯示

        time.sleep(interval)

except KeyboardInterrupt:

    print("\n程式結束")

finally:

    cleanup()

改動說明

1. 加入停止時間顯示：

   • 使用 datetime.now().strftime('%H:%M:%S') 來獲取當前的時間，並格式化為 時:分:秒 的形式。

   • 當計時結束時，顯示「停止計時... 停止時間：時:分:秒」。

2. 偵測間隔修改為 3 秒：

   • 將偵測的間隔時間設置為 interval = 3，並在 time.sleep(interval) 中應用，這樣每 3 秒檢查一次移動狀態。

3. 計時顯示與結束顯示：

   • 當偵測到移動時，會每 3 秒更新一次計時器的時間。

   • 當沒有偵測到移動且超過設定時間時，會顯示計時結果和停止的時間。

這樣修改後，程式應該能夠每 3 秒更新一次計時器，並在停止計時時顯示時間。