Bewegungsmelder und Linearaktuatoren

Bewegungsmelder

Bewegungsmelder sind, wie der Name schon sagt, Sensoren, mit denen Bewegungen erfasst werden. Sie werden häufig in Sicherheitsalarmen und bewegungsgesteuerten Beleuchtungssystemen verwendet, können jedoch in Verbindung mit Linearantrieben für eine Vielzahl von coolen Anwendungen verwendet werden. Eine häufige Anwendung von Linearantriebe und Bewegungsmelder, die zusammen verwendet werden, befinden sich in Spukhäusern für Sprungangst. Zusammen können Linearantriebe und Bewegungsmelder aber auch für eine Vielzahl von Hausautomationsprojekten eingesetzt werden.

Bewegungsmelder

Wenn Sie an Bewegungsmelder denken, denken Sie im Allgemeinen an zwei Typen:

  • Passives Infrarot - Welche misst Änderungen der Körperwärme (Infrarotenergie), um Bewegungen zu erfassen
  • Mikrowelle - Welche misst Reflexionen von Objekten mithilfe von Mikrowellen, um Bewegungen zu erfassen

Diese beiden Arten von Bewegungsmeldern sind am häufigsten, da sie häufig in Anwendungen wie Sicherheitssystemen verwendet werden. Es gibt jedoch viele andere Arten von Bewegungsmeldern, einschließlich flächenreflektierender Sensoren, die abgeleitetes Licht, Vibrationssensoren und Ultraschallsensoren verwenden [1]. Für Hobbyisten und Heimwerkerprojekte ist der PIR-Bewegungssensor (Passive Infrared) der am häufigsten verfügbare und verwendete Bewegungsmelder. Aus diesem Grund konzentriert sich der Rest dieses Blogs auf die Verwendung eines PIR-Bewegungsmelders mit Ihrem Linearantrieb. Während jeder Sensortyp unterschiedliche Implementierungen aufweist, ist vieles, was im Folgenden zur Steuerung eines Linearaktuators mit einem Bewegungsmelder beschrieben wird, für alle Arten von Bewegungsmeldern ähnlich.

Was ist mit Näherungssensoren?

Näherungssensoren sind keine Bewegungsmelder, da sie eher die Nähe eines Objekts als die Bewegung erfassen. Funktionell a Näherungssensor kann Ihnen sagen, wie nahe ein Objekt am Sensor ist, ob sich das Objekt bewegt oder nicht. Bewegungsmelder werden nur ausgelöst, wenn sich etwas bewegt, unabhängig davon, wie nahe ein Objekt ist. Sie können Näherungssensoren als Bewegungsmelder verwenden, da sich die Ausgabe der Näherungssensoren ändert, wenn sich ein Objekt oder eine Person vor dem Sensor bewegt. Obwohl Näherungssensoren nur erfassen, wie nahe das nächstgelegene Objekt am Sensor liegt, würde der Näherungssensor diese Bewegung nicht erkennen, wenn sich etwas hinter dem nächstgelegenen Objekt bewegen würde. Die Verwendung eines Näherungssensors als Bewegungsmelder ist zwar möglich, jedoch möglicherweise nicht die beste Lösung für Ihr Design.

Näherungssensor

Einrichten Ihres PIR-Bewegungsmelders

Wenn Sie Ihren eigenen Sprungangstroboter für Halloween entwerfen möchten oder ein anderes bewegungsempfindliches Projekt planen, sollten Sie Ihren PIR-Bewegungsmelder als Eingangsschalter verwenden, um zu bestimmen, wann sich Ihr Linearantrieb bewegen soll. Zu diesem Zweck sollten Sie einen Mikrocontroller wie einen verwenden Arduino, um den Ausgang Ihres PIR-Bewegungsmelders zu lesen und Ihren Linearantrieb anzutreiben. Der Ausgang des PIR-Bewegungsmelders ähnelt einem einfachen Druckknopf. Wenn eine Bewegung vorliegt, sendet der Sensor ein hohes Signal oder eine hohe Spannung an den Mikrocontroller, und wenn keine Bewegung vorliegt, sendet er ein niedriges Signal oder eine niedrige Spannung. Möglicherweise möchten Sie Ihren PIR-Sensor auch testen, bevor Sie ihn in Ihr Design einbauen, da Sie mit einigen PIR-Sensoren die Empfindlichkeit des Sensors anpassen können, um eine bessere Leistung zu erzielen.

PIR-Sensor an Arduino angeschlossen 

Da Sie nicht wissen, wann jemand an Ihrem Bewegungsmelder vorbeikommt, müssen Sie entweder ständig die Ausgabe des PIR-Sensors in der Hauptschleife Ihres Codes lesen oder Sie können externe Interrupts verwenden. Externe Interrupts sind Pins des Arduino, die eine Spannungsänderung erkennen und in unserem Fall verwendet werden können, um den Arduino darauf aufmerksam zu machen, dass unser PIR-Sensor eine Bewegung erkannt hat. Abhängig von Ihrer Anwendung ist eine der beiden Methoden zum Lesen der Ausgabe des PIR-Sensors möglich. Letztere wird jedoch als bewährte Methode angesehen, da sichergestellt wird, dass Ihr Code keine vom PIR-Sensor erkannte Bewegung übersieht. Wenn Sie vorhaben, einen externen Interrupt zu verwenden, um eine Änderung an Ihrem Bewegungsmelder zu erkennen, müssen Sie das Datenblatt Ihres Arduino konsultieren, um sicherzustellen, welche Pins Ihres Mikrocontrollers als Interrupt-Pins verwendet werden können. Wenn nicht, können Sie den Ausgang des PIR-Sensors einfach mit einem der digitalen Eingangspins des Arduino verbinden. Der PIR-Sensor muss außerdem an eine geeignete Stromquelle und an eine gemeinsame Masse angeschlossen werden.

Bewegungsgesteuerter Linearantrieb

In beiden folgenden Beispielen steuert der Arduino den Linearantrieb mit a Kraftfahrer. Um zu lernen, wie man einen Linearantrieb mit einem Motortreiber oder anderen Zwischenkomponenten wie z Relais, können Sie unseren Beitrag auf überprüfen So steuern Sie einen Linearaktuator mit einem Arduino. In keinem der folgenden Beispiele wird a verwendet Linearantrieb mit Rückkopplung oder externe Endschalter in ihrem Design, das Ihnen mehr Kontrolle über Ihren Aktuator geben würde als ohne. Wenn Sie interessiert sind, wie und welche Feedback-Optionen verfügbar sind, können Sie unseren Beitrag zum Thema lesen Hier.  

Das obige Codebeispiel zeigt, wie ein Interrupt in der Arduino IDE eingerichtet wird, bei dem der Interrupt bei der ansteigenden Flanke des Spannungsimpulses ausgelöst wird. Sie können Ihren Interrupt so einrichten, dass er an verschiedenen Punkten einer Spannungsänderung ausgelöst wird, und sollten das Datenblatt Ihres Mikrocontrollers konsultieren, um die verfügbaren Optionen zu ermitteln. Nachdem Sie einen geeigneten Interrupt-Pin identifiziert und ausgewählt haben, müssen Sie als letzten Aspekt zum Einrichten Ihres Interrupts Ihre Interrupt-Serviceroutine schreiben. Die Interrupt-Serviceroutine ist eine einfache Funktion, die der Code jedes Mal ausführt, wenn der Interrupt ausgelöst wird. In unserem Fall setzt unsere Interrupt-Serviceroutine motionDetector einfach das Flag motionDetected auf high, wenn der Interrupt ausgelöst wird.

Sobald Ihr Arduino den Ausgang Ihres PIR-Sensors gelesen hat, entweder durch Verwendung eines externen Interrupts oder durch einfaches Lesen des Ausgangs, hängt es von Ihrem Design und Ihrer Anwendung ab, wie Sie dieses Feedback zur Steuerung Ihres Linearantriebs verwenden. Da der PIR-Sensor wie ein Druckknopf nur eine binäre Rückmeldung liefert, ist die Steuerung des Linearantriebs begrenzt. Eine Möglichkeit, den linearen Aktuator mit dieser Rückmeldung zu steuern, besteht darin, den Aktuator anzuweisen, sich zu bewegen, wenn eine Bewegung erkannt wird. Dies kann bei Anwendungen wie Roboter-Sprungangst in einem Spukhaus hilfreich sein. Der obige Code zeigt, wie Sie dieses Design implementieren können. Sobald das motionDetected-Flag auf hoch gesetzt ist, verlängern wir den Linearantrieb nach vorne und nach 10 Sekunden wird das Flag auf niedrig zurückgesetzt und der Aktuator fährt für die nächste Sprungangst zurück. Da wir den Bewegungsmelder nur verwenden, um dem Arduino mitzuteilen, dass jemand da ist, verwenden wir einen Timer, um die Flagge zurückzusetzen und darauf zu warten, dass die nächste Person vorbeigeht.

Eine andere Methode besteht darin, bei jeder erkannten Bewegung zwischen ausgefahrenen und eingefahrenen Positionen des Linearaktuators umzuschalten, was in Hausautomationsanwendungen nützlich sein kann. Die Implementierung dieses Ansatzes ist oben gezeigt. In der Interrupt-Serviceroutine wird das Flag motionDetected jedes Mal umgeschaltet, wenn der PIR-Sensor eine Bewegung erkennt. Wenn das Flag auf hoch gesetzt ist, wird der Linearantrieb ausgefahren, und wenn das Flag auf niedrig gesetzt ist, wird der Aktuator zurückgezogen. Wir haben auch ein weiteres Flag timerFlag hinzugefügt, das verwendet wird, um die Zeitverzögerung hinzuzufügen, nachdem der PIR-Bewegungsmelder ausgelöst wurde. Dieses Flag wird beim ersten Auslösen des Interrupts auf HIGH gesetzt und erst nach der festgelegten Zeitverzögerung, die in diesem Beispiel eine Minute beträgt, niedrig gesendet. Es wird auch verwendet, um sicherzustellen, dass der Wert des Flags motionDetected erst nach dieser Zeitverzögerung umgeschaltet wird.

Referenz:

  1. Tross, K. (2019, Oktober). Der Leitfaden für Anfänger zu Bewegungssensoren. Abgerufen von: https://www.safewise.com/resources/motion-sensor-guide/
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