Инфракрасные (ИК, IR) датчики обычно используются для измерения расстояний, но их также можно использовать и для обнаружения объектов. Подключив несколько ИК-датчиков к Arduino, мы можете создать охранную сигнализацию.

Обзор

Инфракрасные (ИК, IR) датчики обычно используются для измерения расстояний, но их также можно использовать и для обнаружения объектов. ИК-датчики состоят из инфракрасного передатчика и инфракрасного приемника. Передатчик выдает импульсы инфракрасного излучения в то время, как приемник детектирует любые отражения. Если приемник обнаруживает отражение, это означает, что перед датчиком на некотором расстоянии есть какой-то объект. Если отражения нет, нет и объекта.

IR-датчик, который мы будем использовать в данном проекте, обнаруживает отражение в определенном диапазоне. Эти датчики имеют небольшое линейное устройство с зарядовой связью (CCD), которое детектирует угол, с которым ИК-излучение возвращается к датчику. Как показано на рисунке ниже, датчик передает инфракрасный импульс в пространство, а когда перед датчиком появляется объект, импульс отражается обратно к датчику под углом, пропорциональным расстоянию между объектом и датчиком. Приемник датчика детектирует и выводит угол, и, используя это значение, вы можете рассчитать расстояние.

Подключив пару ИК-датчиков к Arduino, мы можем сделать простую охранную сигнализацию. Мы установим датчики на дверной косяк, и, правильно выровняв датчики, мы сможем обнаружить, когда кто-то проходит через дверь. Когда это произойдет, сигнал на выходе ИК-датчика изменится, а мы обнаружим это изменение, постоянно считывая выходной сигнал датчиков с помощью Arduino. В данном примере мы знаем, что объект проходит через дверь, когда показание на выходе ИК-датчика превышает 400. Когда это произойдет, Arduino включит сигнал тревоги. Чтобы сбросить срабатывание сигнализации, пользователь может нажать на кнопку.

Комплектующие

• 2 x ИК-датчик расстояния;
• 1 x Arduino Mega 2560;
• 1 x зуммер;
• 1 x кнопка;
• 1 x резистор 470 Ом;
• 1 x NPN транзистор;
• перемычки.

Схема соединений

Схема для данного проекта показана на рисунке ниже. Выходы двух ИК-датчиков подключены к выводам A0 и A1 . Два других вывода подключены к выводам 5V и GND. 12-вольтовый зуммер подключен к выводу 3 через транзистор, а кнопка, используемая для отключения сигнализации, подключена к выводу 4.

На приведенной ниже фотографии показано, как мы наклеили датчики на дверной косяк для этого эксперимента. Разумеется, в случае постоянного использования вы установили бы датчики по-другому.

Установка

1. Подключите выводы 5V и GND платы Arduino к выводам питания и GND датчиков. Вы также можете подавать на них внешнее питание.
2. Подключите выходные выводы датчиков к выводам A0 и A1 платы Arduino.
3. Подключите вывод 3 Arduino к базе транзистора через резистор 1 кОм.
4. Подайте напряжение 12 В на коллектор транзистора.
5. Подключите положительный вывод 12-вольтового зуммера к эмиттеру, а отрицательный - к шине земли.
6. Подключите вывод 4 к выводу 5V через кнопку. В целях безопасности, во избежание протекания большого тока это всегда лучше делать через дополнительный небольшой резистор.
7. Подключите плату Arduino к компьютеру через USB кабель и загрузите программу в микроконтроллер, используя Arduino IDE.
8. Подайте на плату Arduino питание, используя блок питания, аккумулятор или USB кабель/

Код

const int buzzer=3; // вывод 3 – это выход на зуммер const int pushbutton=4; // вывод 4 – это вход для кнопки void setup() { pinMode(buzzer,OUTPUT); // настроить вывод 3 на выход pinMode(pushbutton,INPUT); // настроить вывод 4 на вход } void loop() { // прочитать выходной сигнал обоих датчиков и сравнить результат с пороговым значением int sensor1_value = analogRead(A0); int sensor2_value = analogRead(A1); if (sensor1_value > 400 || sensor2_value > 400) { while(true) { digitalWrite(buzzer,HIGH); // включить сигнал тревоги if(digitalRead(pushbutton) == HIGH) break; } } else { digitalWrite(buzzer,LOW); // выключить сигнал тревоги } }

Видео

Здравствуй, дорогой читатель! Сегодняшняя статья посвящена созданию простой домашней системы безопасности, при помощи доступных компонентов. Это маленькое и дешёвое устройство поможет тебе защитить ваше жилище от проникновения при помощи Arduino, датчика движения, дисплея и динамика. Питаться устройство сможет от батарейки или USB-порта компьютера.

Итак, начнём!

Как оно работает?

Тела теплокровных излучают в ИК-диапазоне, который невидим для человеческих глаз, однако может быть обнаружен при помощи датчиков. Такие датчики делаются из материала, который под воздействием тепла может спонтанно поляризоваться, благодаря чему это позволяет определить появления источников тепла в радиусе действия датчика.

Для более широкого радиуса действия используют линзы Френеля, которые собирают ИК-излучение с разных направлений и концентрируют его на самом датчике.

На рисунке видно, как линза искажает лучи, которые падают на неё.

Стоит отметить, что роботы без особо греющихся частей и хладнокровные излучают в ИК-диапазоне очень слабо, поэтому датчик может не сработать в случае, если тебя решат обнести сотрудники Boston Dynamics или рептилоиды.

Когда происходит изменение уровня ИК излучения в диапазоне действия, это будет обрабатываться на Arduino после чего на LCD дисплее будет выводится статус, светодиод будет мигать, а спикер пищать.

Что нам потребуется?

1. (или любая другая плата ).
2. (16 символов по две строки)
3. Один разъём для подключения кроны к Arduino
4. (хотя можно использовать и обычный динамик)
5. USB-кабель - только для программирования (прим. пер.: с нашими Arduino он всегда идёт в комплекте!)
6. Компьютер (опять же только для того, чтобы написать и загрузить программу).

Кстати, если не хочется покупать все эти детали по отдельности - рекомендуем обратить внимание на наши . К примеру, всё необходимое и даже больше есть в нашем стартовом наборе .

Подключаем!

Подключение датчика движения очень простое:

1. Пин Vcc подключаем к 5V Ардуино.
2. Пин Gnd подключаем к GND Ардуино.
3. Пин OUT подключаем к цифровому пину №7 от Arduino

Теперь присоединим светодиод и спикер. Тут всё так же просто:

1. Короткую ножку (минус) светодиода подключаем к земле
2. Длинную ножку (плюс) светодиода подключаем к выходу №13 Arduino
3. Красный провод спикера к выходу №10
4. Чёрный провод – к земле

И теперь самое сложное – подключение LCD дисплея 1602 к Arduino. Дисплей у нас без I2C, поэтому потребуется много выходов Arduino, но результат будет того стоить. Схема представлена ниже:

Нам нужна только часть схемы (у нас не будет регулировки контраста потенциометром). Поэтому требуется сделать лишь следующие:

Теперь ты знаешь, как подключить дисплей 1602 к Arduino UNO R3 (ровно как и к любой версии Arduino от Mini до Mega).

Программируем

Пришло время перейти к программированию. Ниже представлен код, который надо лишь залить и, если вы собрали всё верно – устройство готово!

#include int ledPin = 13; // Пин светодиода int inputPin = 7; // Пин, к которому подключен Out датчика движения int pirState = LOW; // Текущее состояние (в начале ничего не обнаружено) int val = 0; // Переменная для чтения состояния цифровых входов int pinSpeaker = 10; // Пин, к которому подключен динамик. Требуется использовать пин с ШИМ (PWM) LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // Инициалиация LCD дисплея void setup() { // Определение направления передачи данных на цифровых пинах pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(inputPin, INPUT); pinMode(pinSpeaker, OUTPUT); // Запуск вывода отладочной информации через последовательный порт Serial.begin(9600); // Запуск вывода на LCD дисплей lcd.begin(16, 2); // Устанавливаем индекс на дисплеи, с которого начнём вывод // (2 символ, 0 строки) lcd.setCursor(2, 0); // Вывод на LCD дисплей lcd.print("P.I.R Motion"); // Снова перемещаем lcd.setCursor(5, 1); // Выводим lcd.print("Sensor"); // Пауза, чтобы успели прочитать, что вывели delay(5000); // Очистка lcd.clear(); // Аналогично lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Processing Data."); delay(3000); lcd.clear(); lcd.setCursor(3, 0); lcd.print("Waiting For"); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print("Motion...."); } void loop() { // Считываем показание датчика val = digitalRead(inputPin); if (val == HIGH) { // Если есть движение, то зажигаем светодиод и включаем сирену digitalWrite(ledPin, HIGH); playTone(300, 300); delay(150); // Если движения до данного момента не было, то выводим сообщение // что оно обнаружено // Код ниже нужен для того, чтобы писать лишь смену состояния, а не каждый раз выводить значение if (pirState == LOW) { Serial.println("Motion detected!"); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Motion Detected!"); pirState = HIGH; } } else { // Если движене закончилось digitalWrite(ledPin, LOW); playTone(0, 0); delay(300); if (pirState == HIGH){ // Сообщаем, что движение было, но уже закончилось Serial.println("Motion ended!"); lcd.clear(); lcd.setCursor(3, 0); lcd.print("Waiting For"); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print("Motion...."); pirState = LOW; } } } // Функция воспроизведения звука. Duration (длительность)- в миллисекундах, Freq (частота) - в Гц void playTone(long duration, int freq) { duration *= 1000; int period = (1.0 / freq) * 100000; long elapsed_time = 0; while (elapsed_time < duration) { digitalWrite(pinSpeaker,HIGH); delayMicroseconds(period / 2); digitalWrite(pinSpeaker, LOW); delayMicroseconds(period / 2); elapsed_time += (period); } }

Всем привет, сегодня мы рассмотрим устройство под названием датчик движения. Многие из нас слышали об этой штуке, кто то даже имел дело с этим устройством. Что же такое датчик движения? Попробуем разобраться, итак:

Датчик движения, или датчик перемещения - устройство (прибор) обнаруживающий перемещение каких либо объектов. Очень часто эти устройства, используются в системах охраны, сигнализации и мониторинга. Форм факторов этих датчиков существует великое множество, но мы рассмотрим именно модуль датчика движения для подключения к платам Arduino, и именно от фирмы RobotDyn. Почему именно этой фирмы? Я не хочу заниматься рекламой этого магазина и его продукции, но именно продукция данного магазина была выбрана в качестве лабораторных образцов благодаря качественной подаче своих изделий для конечного потребителя. Итак, встречаем - датчик движения (PIR Sensor) от фирмы RobotDyn:

Эти датчики малы по габаритам, потребляют мало энергии и просты в использовании. Кроме того - датчики движения фирмы RobotDyn имеют еще и маркированные шелкографией контакты, это конечно мелочь, но очень приятная. Ну а тем кто использует такие же датчики, но только других фирм, не стоит беспокоиться - все они имеют одинаковый функционал, и даже если не промаркированы контакты, то цоколёвку таких датчиков легко найти в интернете.

Основные технические характеристики датчика движения(PIR Sensor):

Зона работы датчика: от 3 до 7 метров

Угол слежения: до 110 о

Рабочее напряжение: 4,5...6 Вольт

Потребляемый ток: до 50мкА

Примечание: Стандартный функционал датчика можно расширить, подключив на пины IN и GND датчик освещенности, и тогда датчик движения будет срабатывать только в темноте.

Инициализация устройства.

При включении, датчику требуется почти минута для инициализации. В течение этого периода, датчик может давать ложные сигналы, это следует учесть при программировании микроконтроллера с подключенным к нему датчиком, или в цепях исполнительных устройств, если подключение производится без использования микроконтроллера.

Угол и область обнаружения.

Угол обнаружения(слежения) составляет 110 градусов, диапазон расстояния обнаружения от 3 до 7 метров, иллюстрация ниже показывает всё это:

Регулировка чувствительности(дистанции обнаружения) и временной задержки.

На приведённой ниже таблице показаны основные регулировки датчика движения, слева находится регулятор временной задержки соответственно в левом столбце приведено описание возможных настроек. В правом столбце описание регулировок расстояния обнаружения.

Подключение датчика:

• PIR Sensor - Arduino Nano
• PIR Sensor - Arduino Nano
• PIR Sensor - Arduino Nano
• PIR Sensor - для датчика освещенности
• PIR Sensor - для датчика освещенности

Типичная схема подключения дана на схеме ниже, в нашем случае датчик показан условно с тыльной стороны и подключен к плате Arduino Nano.

Скетч демонстрирующий работу датчика движения(используем программу ):

/* * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano */ void setup() { //Установить соединение с монитором порта Serial.begin(9600); } void loop() { //Считываем пороговое значение с порта А0 //обычно оно выше 500 если есть сигнал if(analogRead(A0) > 500) { //Сигнал с датчика движения Serial.println("Есть движение!!!"); } else { //Нет сигнала Serial.println("Всё тихо..."); } }

Скетч является обычной проверкой работы датчика движения, в нём есть много недостатков, таких как:

1. Возможные ложные срабатывания, датчику необходима самоинициализация в течение одной минуты.
2. Жесткая привязка к монитору порта, нет выходных исполнительных устройств(реле, сирена, светоиндикация)
3. Слишком короткое время сигнала на выходе датчика, при обнаружении движения необходимо программно задержать сигнал на более долгий период времени.

Усложнив схему и расширив функционал датчика, можно избежать вышеописанных недостатков. Для этого потребуется дополнить схему модулем реле и подключить обычную лампу на 220 вольт через данный модуль. Сам же модуль реле будет подключен к пину 3 на плате Arduino Nano. Итак принципиальная схема:

Теперь пришло время немного усовершенствовать скетч, которым проверялся датчик движения. Именно в скетче, будет реализована задержка выключения реле, так как сам датчик движения имеет слишком короткое время сигнала на выходе при срабатывании. Программа реализует 10-ти секундную задержку при срабатывании датчика. При желании это время можно увеличить или уменьшить, изменив значение переменной DelayValue . Ниже представлен скетч и видео работы всей собранной схемы:

/* * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano * Relay Module -> Arduino Nano */ //relout - пин(выходной сигнал) для модуля реле const int relout = 3; //prevMillis - переменная для хранения времени предидущего цикла сканирования программы //interval - временной интервал для отсчета секунд до выключения реле unsigned long prevMillis = 0; int interval = 1000; //DelayValue - период в течение которого реле удерживается во включенном состоянии int DelayValue = 10; //initSecond - Переменная итерации цикла инициализации int initSecond = 60; //countDelayOff - счетчик временных интервалов static int countDelayOff = 0; //trigger - флаг срабатывания датчика движения static bool trigger = false; void setup() { //Стандартная процедура инициализации порта на который подключен модуль реле //ВАЖНО!!! - чтобы модуль реле оставался в первоначально выключенном состоянии //и не срабатывал при инициализации, нужно записать в порт входа/выхода //значение HIGH, это позволит избежать ложных "перещелкиваний", и сохранит //состояние реле таким, каким оно было до включения всей схемы в работу pinMode(relout, OUTPUT); digitalWrite(relout, HIGH); //Здесь всё просто - ждем когда закончатся 60 циклов(переменная initSecond) //продолжительностью в 1 секунду, за это время датчик "самоинициализируется" for(int i = 0; i < initSecond; i ++) { delay(1000); } } void loop() { //Считать значение с аналогового порта А0 //Если значение выше 500 if(analogRead(A0) > 500) { //Установить флаг срабатывания датчика движения if(!trigger) { trigger = true; } } //Пока флаг срабатывания датчика движения установлен while(trigger) { //Выполнять следующие инструкции //Сохранить в переменной currMillis //значение миллисекунд прошедших с момента начала //выполнения программы unsigned long currMillis = millis(); //Сравниваем с предидущим значением миллисекунд //если разница больше заданного интервала, то: if(currMillis - prevMillis > interval) { //Сохранить текущее значение миллисекунд в переменную prevMillis prevMillis = currMillis; //Проверяем счетчик задержки сравнивая его со значением периода //в течение которого реле должно удерживаться во включенном //состоянии if(countDelayOff >= DelayValue) { //Если значение сравнялось, то: //сбросить флаг срабатывания датчика движения trigger = false; //Обнулить счетчик задержки countDelayOff = 0; //Выключить реле digitalWrite(relout, HIGH); //Прервать цикл break; } else { //Если значение всё еще меньше, то //Инкрементировать счетчик задержки на единицу countDelayOff ++; //Удерживать реле во включенном состоянии digitalWrite(relout, LOW); } } } }

В программе присутствует конструкция:

unsigned long prevMillis = 0;

int interval = 1000;

...

unsigned long currMillis = millis();

if(currMillis - prevMillis > interval)

{

prevMillis = currMillis;

....

// Наши операции заключенные в тело конструкции

....

}

Чтобы внести ясность, было решено отдельно прокомментировать эту конструкцию. Итак, данная конструкция позволяет выполнить как бы параллельную задачу в программе. Тело конструкции срабатывает примерно раз в секунду, этому способствует переменная interval . Сначала, переменной currMillis присваивается значение возвращаемое при вызове функции millis() . Функция millis() возвращает количество миллисекунд прошедших с начала программы. Если разница currMillis - prevMillis больше чем значение переменной interval то это означает, что уже прошло более секунды с начала выполнения программы, и нужно сохранить значение переменной currMillis в переменную prevMillis затем выполнить операции заключенные в теле конструкции. Если же разница currMillis - prevMillis меньше чем значение переменной interval , то между циклами сканирования программы еще не прошло секунды, и операции заключенные в теле конструкции пропускаются.

Ну и в завершение статьи видео от автора:

Пожалуйста, включите javascript для работы комментариев.

Являются специальными аппаратными платформами, на основе которых можно создавать различные электронные устройства, включая и . Устройства этого типа отличаются простой конструкцией и возможностью программирования алгоритмов их работы. Благодаря этому, созданная с помощью Arduino GSM сигнализация, может максимально настраиваться под объект, который она будет охранять.

Что собой представляет модуль Arduino?

Arduino реализуются в виде небольших плат, которые имеют собственный микропроцессор и память. На плате также располагается набор функциональных контактов, к которым можно подключать различные электрифицированные устройства, включая и датчики, используемые для охранных систем.

Процессор Arduino позволяет загружать в себя программу, написанную пользователем самостоятельно. Создавая собственный уникальный алгоритм, можно обеспечивать оптимальные режимы работы охранных сигнализаций для разных объектов и для разных условий использования и решаемых задач.

Сложно ли работать с Arduino?

Модули Arduino отличаются высокой популярностью среди многих пользователей. Это стало возможным благодаря своей простоте и доступности.

Программы для управления модулями пишутся с использованием обычного C++ и дополнений в виде простых функций управления процессами ввода/вывода на контактах модуля. Кроме этого, для программирования может применяться и бесплатная программная среда Arduino IDE, функционирующая под Windows, Linux или Mac OS.

С модулями Arduino существенно упрощена процедура сборки устройств. GSM сигнализация на Ардуино может создаваться без потребности в паяльнике – сборка происходит с использованием макетной доски, перемычек и проводов.

Как создать сигнализацию с помощью Arduino?

К основным требованиям, которым должна отвечать созданная gsm сигнализация на Ардуино своими руками относятся:

• оповещать владельца объекта о взломе или проникновении;
• поддержке внешних систем типа звуковая сирена, сигнальные фонари;
• управление сигнализацией через СМС или звонок;
• автономная работа без внешнего питания.

Для создания сигнализации потребуется:

• модуль Arduino;
• набор функциональных датчиков;
• или модем;
• источник автономного питания;
• внешние исполнительные устройства.

Отличительной особенностью модулей Ардуино является использование специальных плат расширения. С их помощью осуществляется подключение всех дополнительных устройств к Arduino, которые требуются для сборки конфигурации охранной системы. Такие платы устанавливаются поверх модуля Ардуино в виде «бутерброда», а уже к самим платам подключаются соответствующие вспомогательные устройства.

Как это работает?

При срабатывании одного из подключенных датчиков происходит передача сигнала к процессору модуля Arduino. Используя загруженный пользовательский софт, микропроцессор производит его обработку по определенному алгоритму. В результате этого может формироваться команда на срабатывание внешнего исполнительного устройства, которая передается к нему через соответствующую плату расширения-сопряжения.

Чтобы обеспечить возможность оправки предупредительных сигналов владельцу дома или квартиры, которые охраняются, к модулю Arduino, через плату расширения, подключается специальный модуль GSM. В него устанавливается SIM-карта одного из провайдеров сотовой связи.

При отсутствии специального GSM-адаптера его роль может выполнять и обычный мобильный телефон. Кроме отправки СМС-сообщений с предупреждением о тревоге и дозвона, наличие сотовой связи позволит управлять GSM сигнализацией на Ардуино дистанционно, а также контролировать состояние объекта, отправляя специальные запросы.

«Обратите внимание!

Для связи с владельцем объекта, кроме GSM-модулей могут использоваться и обычные модемы, которые обеспечивают связь через интернет.»

В таком случае, когда срабатывает датчик, обработанный процессором сигнал, передается через модем на специальный портал или сайт. А уже из сайта осуществляется автоматическое генерирование предупредительной СМС или рассылки на привязанный e-mail.

Выводы

Использование модулей Arduino позволит пользователям самостоятельно проектировать GSM-сигнализации, которые могут работать с разно функциональными датчиками и управлять внешними устройствами. Благодаря возможности применения различных датчиков функции сигнализации можно существенно расширить и создать комплекс, который будет следить не только за безопасностью объекта, а и за его состоянием. Например, можно будет контролировать температуру на объекте, фиксировать утечку воды и газа, перекрывать их подачу в случае аварии и многое другое.

Данный проект касается разработки и усовершенствования системы для предотвращения/контроля любых попыток проникновения воров. Разработанное охранное устройство использует встроенную систему (включает аппаратный микроконтроллер с использованием открытого программного кода и gsm модем) на базе технологии GSM (Глобальная система подвижной связи).

Охранное устройство может быть установлено в доме. Интерфейсный датчик охранной сигнализации также подсоединен к охранной системе на базе контроллера.
При попытке проникновения система передает предупреждающее сообщение (например, sms) владельцу на мобильный телефон или на любой заранее сконфигурированный мобильный телефон для дальнейшей обработки.

Охранная система состоит из микроконтроллера Arduino Uno и стандартного модема SIM900A на базе GSM/GPRS. Вся система может питаться от любого источника питания/батареи 12В 2A.

Ниже показана схема охранной системы на базе Arduino.

Работа системы очень проста и не требует разъяснений. Когда на систему подается питание, она переходит в дежурный режим. Когда выводы коннектора J2 закорочены, заранее запрограммированное предупреждающее сообщение передается на требуемый мобильный номер. Вы можете подсоединить любой детектор обнаружения проникновения (такой как световое защитное приспособление или датчик движения) к входному коннектору J2. Заметьте, что активный-низкий (L) сигнал на выводе 1 коннектора J2 активирует срабатывание охранной сигнализации.

Более того, в систему добавлено опциональное приспособление “вызов – тревога”. Оно активирует телефонный звонок, когда пользователь нажмет кнопку S2 (или когда другой электронный блок инициирует сигнализацию). После нажатия кнопки “call” (S2), вызов можно отменить, нажав другую кнопку S3 – кнопку “end”. Данная опция может использоваться для подачи сигнала тревоги в случае “пропущенного звонка” в случае проникновения.

Схема очень гибкая, поэтому может использовать любой SIM900A модем (и, конечно, плату Arduino Uno). Внимательно прочтите документацию на модем до начала сборки. Это позволит облегчить и сделать приятным процесс изготовления системы.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Плата Arduino	Arduino Uno	1			В блокнот
	GSM/GPRS-модем	SIM900A	1			В блокнот
IC1	Линейный регулятор	LM7805	1			В блокнот
C1		100мкФ 25В	1			В блокнот
C2	Электролитический конденсатор	10мкФ 16В	1			В блокнот
R1	Резистор	1 кОм	1			В блокнот
LED1	Светодиод		1			В блокнот
S1	Кнопка	С фиксацией	1