استفاده از سنسور PIR و آردوینو برای تشخیص حرکت دست

 

 

سید علی طلاکش 15:00 - 1398/5/6

در این ساختنی ، استفاده از سنسور PIR در آردوینو را به شما آموزش می دهیم . با استفاده از این آموزش می توانید از سنسور های حرکتی مادون قرمز در پروژه های مختلف الکترونیکی خود استفاده کنید.

قطعات مورد نیاز

• آردوینو Nano R3
• سنسور آرایه حرارتی Devatech TPA81
• سنسور حرکتی PIR مادون قرمز ElectroPeak HC-SR505
• ماژول نمایشگر OLED 128*64

در این ساختنی به شما آموزش داده می شود که چگونه یک ژست را با اجزای ساده مانند سنسور PIR و Arduino Nano بسازید. در پایان این ساختنی می توانید:

• برنامه های کاربردی سنسور PIR و چگونگی کارکردن آن را توضیح دهید.
• یک سنسور PIR 8 پیکسل به نام TPA81 را راه اندازی کنید.
• از حسگر PIR برای تشخیص حرکات و ژست توسط Arduino استفاده کنید.
• آشکارساز مناسبی را برای افزایش یا کاهش میزان بلندگوهای خود تنظیم کنید.

سنسور مادون قرمز پسیو: چگونه کار می کند؟

سنسور مادون قرمز پسیو (سنسور PIR) سنسور الکترونیکی است که نور مادون قرمز (IR) ساطع شده از اشیاء در میدان دید خود را اندازه گیری می کند. این سنسورها اغلب در آشکارسازهای حرکتی مبتنی بر PIR استفاده می شود. تمام اشیاء با درجه بالاتر از صفر مطلق انرژی گرمایی را در قالب تابش انتشار می دهند. معمولا این تابش برای چشم انسان قابل مشاهده نیست، زیرا در طول موج مادون قرمز منتشر می شود، اما توسط دستگاه های الکترونیکی طراحی شده برای اهداف مختلف قابل شناسایی است. اصطلاح پسیو به این واقعیت اشاره دارد که دستگاههای PIR انرژی را برای اهداف تشخیصی تولید یا تابش نمی کنند. آنها به طور کلی با تشخیص اشعه مادون قرمز منتشر شده یا منعکس شده از اشیاء کار می کنند. آنها گرما را تشخیص نمی دهند و یا اندازه گیری نمی کنند. TPA81 یک ترموپلاستیک تشخیص مادون قرمز در محدوده ۲um-22um است. این طول موج گرمای تابشی است. سنسورهای Pyro-electric که معمولا در آلارم های سیستم ها ضد سرقت و یا برای روشن کردن چراغ های بیرونی استفاده می شوند، مادون قرمز را در همین طول موج تشخیص می دهند. سنسورهای Pyro-electric تنها می توانند تغییرات گرما را تشخیص دهند - از این رو آنها آشکارسازهای حرکت هستند. اگرچه در این سنسورها در رباتیک نیز استفاده می شود، کاربرد آنها در این صنعت به خاطر عدم تشخیص واندازه گیری دمای یک منبع حرارت ایستا، محدود است. . نوع دیگری از این سنسورها ،سنسورهای آرایه گرمایشی هستند. از این سنسورها در  دماسنجهای مادون قرمز بدون تماس استفاده می شود. آنها یک زاویه تشخیص یا میدان دید (FOV) بسیار گسترده در حدود ۱۰۰ درجه دارند و برای بدست آوردن FOV بیشتر از ۱۲ درجه نیاز به پوشش یا لنز دارند. بعضی از آنها یک لنز ساخته شده اند. . اخیرا این دسته سنسورها، در الکترونیک همراه با یک لنز سیلیکون ساخته شده اند. از این نوع سنسور در TPA81 استفاده می شود. این سنسور از ۸ آرایه گرمایشی که در یک ردیف قرار دارند ساخته شده است. TPA81 می تواند به طور همزمان درجه حرارت ۸ نقطه مجاور را اندازه گیری کند. TPA81 همچنین می تواند یک سروو موتور را کنترل کند و یک تصویر حرارتی ایجاد کند. TPA81 می تواند شعله شمع را در محدوده ۲ متری (۶ فوت) تشخیص دهد و از نور محیط تاثیر نمی پذیرد. سنسورهای PIR شبیه به دوربین هایی هست که فقط می توانند چیزهای گرم را ببیند. بنابراین TPA81 یک دوربین حرارتی با وضوح ۸ پیکسل است و  بدن انسان همواره حرارت از خود ساطع می کند. در حال حاضر، اگر  یک سنسور PIR را با یک کنترلر کنترل کنید و چند الگو را برای سنسور PIR تعریف کنید، می توانید یک آشکارساز حرکتی بسازید. در این ساختنی هدف ساخت یک سیستم آشکارساز حرکتی با استفاده از PIR و Arduino است. از TPA81 به عنوان PIR استفاده می شود، که کمی گران است، بنابراین اگر می خواهید، برای صرفه جویی در هزینه، از ۸ سنسور ساده PIR بدون سر سفید استفاده کنید. TPA81 پروتکل I2C را پشتیبانی می کند و با Arduino Nano سازگار است. این ساختنی به شما کمک می کند تا اصول اولیه پردازش تصویر و تشخیص حرکت را بیابید.

مدار

اگر می خواهید از ۸ سنسور PIR به جای TPA81 استفاده کنید، باید ۸ سنسور PIR را به یک Board Arduino متصل کنید و آنها را یکی پس از دیگری بخوانید.

کد برنامه نویسی

برای مدار اول (با استفاده از TPA81)، شما باید کد را در Arduino IDE کپی کنید. ولی ابتدا باید کتابخانه را اضافه کنید و سپس کد را آپلود کنید. کتابخانه TPA81 را از لینک زیر دانلود کنید. اگر اولین بار است که  Arduino را اجرا می کنید، فقط این مراحل را دنبال کنید:

• به arduino.cc/en/Main/Software بروید و نرم افزار را دانلود کنید. نرم افزار IDE را مطابق دستورالعمل نصب کنید.
• نرم افزار را اجرا کنید و متن را پاک کنید و کد زیر را در ویرایشگر متن کپی کنید.
• کتابخانه ها (دانلود کتابخانه ها از لینک های زیر) فراخوانی کنید. بر روی گزینه افزودن کتابخانه ZIP کلیک کنید و کتابخانه ها را اضافه کنید
• برد Arduino Nano را انتخاب کنید.
• Arduino را به کامپیوتر خود وصل کنید و پورت COM را مشخص کنید.
• دکمه آپلود (علامت پیکان) را فشار دهید.

#include "Wire.h"
#include "TPA81.h"
// Create new TPA81 instance
TPA81 tpa;
void setup() {
 Serial.begin(9600);
 // You need to begin the Wire library to use TPA81 library
 Wire.begin();
}
void loop() {
 // Print temperature light
 Serial.print(tpa.getAmbient());
 Serial.print(" ");
 // Print all temperature point
 for (int i = 1; i <= 8; i++)
 {
   Serial.print(tpa.getPoint(i));
   Serial.print(" ");
 }
Serial.println(" ");
 delay(100);
}

 

پس از اجرای این کد، ترمینال سریال را در Arduino IDE باز کنید و دمای ۸ آرایه که توسط TPA81 خوانده می شود، نگاه کنید. . عدد اول در هر خط مربوط به درجه حرارت نهایی است. حالا دست خود را در مقابل سنسور قرار دهید و دمای بدن خود را ببینید. برای تعریف حرکات دست، باید دمای دست خود را بدانید و آن را به عنوان آفست تنظیم کنید. کد بعدی را برای مشاهده حرکت دست خود در مقابل TPA81 بارگذاری کنید.

#include "Wire.h"
#include "TPA81.h"
// Create new TPA81 instance
TPA81 tpa;
void setup() {
 Serial.begin(9600);
 // You need to begin the Wire library to use TPA81 library
 Wire.begin();
}
void loop() {
 // Print temperature light
 Serial.print(tpa.getAmbient());
 Serial.print(" ");
 // Print all temperature point
 for (int i = 1; i <= 8; i++) { if (tpa.getPoint(i)>29)
   Serial.print("#  ");
   else
   Serial.print(".  ");
 }
Serial.println(" ");
 delay(100);
}

یک الگوریتم برای تشخیص یک ژست ساده مانند افزایش یا کاهش حجم یک پخش کننده صدا نوشته شده است. شما می توانید کد زیر را کپی کنید و آن را امتحان کنید. منبع