Sensore di movimento a infrarossi

In questo capitolo impareremo a usare un sensore molto diffuso: il sensore di movimento a infrarossi (sensore PIR).

Progetto – Rilevatore di movimento a infrarossi con LED di segnalazione

In questo progetto realizzeremo un rilevatore di movimento usando un sensore piroelettrico a infrarossi per il corpo umano. Quando qualcuno si trova nelle vicinanze del rilevatore, il LED si accende automaticamente; quando non c'è nessuno nei paraggi, il LED si spegne.

Questo sensore di movimento a infrarossi rileva lo spettro infrarosso (cioè le tracce di calore) emesso da esseri umani e animali.

Elenco dei componenti

Componente	Quantità	Immagine
ESP32-WROVER	1
Scheda di estensione GPIO (GPIO Extension Board)	1
Breadboard	1
Sensore di movimento HC-SR501	1
LED	1
Resistenza da 220 Ω	1
Cavetti jumper F/M (femmina-maschio) Cavetti jumper M/M (maschio-maschio)	3 2	in alto F/M, in basso M/M

Conoscenze sul componente

Ecco come è fatto il sensore di movimento a infrarossi (HC-SR501):

Vista dall'alto	Vista dal basso	Simbolo schematico

Descrizione:

Tensione di funzionamento: 5 V – 20 V (DC). Corrente a riposo: 65 µA.

Attivazione automatica. Quando un corpo vivente entra nell'area di rilevamento del sensore, il modulo porta l'uscita a livello alto (3,3 V). Quando il corpo esce dall'area di rilevamento, l'uscita resta alta ancora per un tempo T, poi passa a livello basso (0 V). Il tempo di ritardo T si regola con il potenziometro R1.

A seconda della posizione del ponticello (jumper) si può scegliere tra la modalità di attivazione non ripetibile e quella ripetibile.

L: modalità di attivazione non ripetibile. Dopo aver rilevato un corpo, il modulo porta l'uscita a livello alto; finito il tempo di ritardo, la riporta a livello basso. Mentre l'uscita è alta, il sensore non rileva più altri corpi.

H: modalità di attivazione ripetibile. A differenza della modalità L, mentre l'uscita è alta il sensore continua a rilevare il corpo finché questo non si allontana. Solo allora inizia a contare il tempo e, trascorso il ritardo T, porta l'uscita a livello basso.

Tempo di blocco del rilevamento: dopo aver portato l'uscita a livello alto o basso, il sensore resta bloccato e ignora i segnali esterni per brevi intervalli di tempo (inferiori al tempo di ritardo).

Tempo di inizializzazione: dopo l'accensione il modulo ha bisogno di circa 1 minuto per inizializzarsi. In questo periodo l'uscita passa alternativamente dal livello alto a quello basso.

Una caratteristica di questo sensore è che la sensibilità è massima quando un corpo si avvicina o si allontana passando lungo il bordo della cupola del sensore. Se invece un corpo si avvicina o si allontana dalla cupola in direzione verticale, il sensore non lo rileva bene (attenzione a questo limite). Nota: il raggio di rilevamento (la distanza entro cui un corpo viene rilevato) si regola con il potenziometro.

In pratica possiamo considerare questo sensore come un semplice interruttore a induzione, cioè un interruttore che scatta quando rileva una presenza.

Circuito

Schema elettrico

Schema elettrico: HC-SR501 e LED collegati all'ESP32-WROVER tramite la scheda di estensione GPIO

Riepilogo dei collegamenti (ricavato dallo schema):

Da	A
HC-SR501 – VCC (pin 3, +)	5V
HC-SR501 – OUT (pin 2, S)	GPIO 14
HC-SR501 – GND (pin 1, −)	GND
GPIO 13	resistenza R1 220 Ω → LED (anodo)
LED (catodo)	GND

Collegamento hardware. Per qualsiasi supporto potete contattare Freenove all'indirizzo: support@freenove.com

Collegamento hardware su breadboard

Codice

In questo progetto usiamo il sensore di movimento a infrarossi per comandare un LED: in pratica il sensore funziona come un interruttore azionato dal movimento. Per questo il codice è simile a quello del progetto "Button & Led" (Pulsante e LED). La differenza è che il sensore porta l'uscita a livello alto quando rileva una variazione, e a livello basso quando non rileva nulla. Quando l'uscita del sensore è alta il LED si accende, altrimenti il LED si spegne.

Prima di iniziare, sposta la cartella dei programmi "Freenove_Ultimate_Starter_Kit_for_ESP32/Python/Python_Codes" sul disco D, in modo che il percorso diventi "D:/Micropython_Codes".

Apri "Thonny" e clicca su "This computer" → "D:" → "Micropython_Codes" → "25.1_Infrared_Motion_Detector", poi fai doppio clic su "Infrared_Motion_Detector.py".

Infrared Motion Detector

Il programma Infrared_Motion_Detector.py aperto in Thonny

Codice del file Infrared_Motion_Detector.py (commenti tradotti):

from machine import Pin
import time

sensorPin=Pin(14,Pin.IN)
ledPin=Pin(13,Pin.OUT)

try:
    while True:
        if not sensorPin.value():
            ledPin.value(1)  # Accende il LED
        else:
            ledPin.value(0)  # Spegne il LED
except:
    pass

Clicca su "Run current script" (esegui lo script corrente). Appoggia il sensore su un tavolo, senza muoverlo, e aspetta circa un minuto. Poi prova ad allontanarti o ad avvicinarti al sensore e osserva se il LED si accende o si spegne automaticamente.

Puoi ruotare i potenziometri del sensore per regolare il rilevamento, oppure cambiare modalità spostando il ponticello (jumper). (Approfondimento: vedi Appendice A.)

Potenziometri R1 e R2 e ponticello L/H

Inoltre, modificando il codice, puoi usare questo sensore per comandare altri moduli e realizzare funzioni diverse, come una lampada o una porta che si attivano al passaggio di una persona.

Avvicinati al sensore di movimento a infrarossi (il LED si accende)

Avvicinandosi al sensore il LED si accende

Allontanati dal sensore di movimento a infrarossi (il LED si spegne)

Allontanandosi dal sensore il LED si spegne

Nota del traduttore (non presente nell'originale). Il testo dice che il LED si accende quando l'uscita del sensore è alta, ma nel codice la condizione è if not sensorPin.value():. Così com'è, quindi, il programma accende il LED (ledPin.value(1)) quando l'uscita del sensore è bassa, cioè quando non c'è movimento: il contrario di quanto descritto. Se durante la prova il LED si comporta al contrario, cambia la riga 9 in:
        if sensorPin.value():

Appendice A: regolazione dei potenziometri

Approfondimento aggiunto alla traduzione, non presente nell'originale.

Sul retro del sensore ci sono due potenziometri, R1 e R2, accanto al ponticello L/H. Sono piccoli trimmer che si girano con un cacciavite piccolo, e regolano due cose diverse.

Retro dell'HC-SR501 con i potenziometri R1, R2 e il ponticello L/H

Potenziometro	Cosa regola	Effetto pratico
R1	Tempo di ritardo T	Per quanto tempo l'uscita resta alta (LED acceso) dopo che il movimento è finito
R2	Distanza (sensibilità)	Quanto lontano deve essere una persona per essere rilevata

Il capitolo Freenove nomina esplicitamente solo R1 per il tempo. Per la distanza dice solo "si regola con il potenziometro": essendo R1 già usato per il tempo, è R2.

R1: il tempo di ritardo

Quando una persona esce dall'area di rilevamento, l'uscita non torna subito a 0 V: resta alta ancora per il tempo T, poi si abbassa.

T corto: il LED si spegne poco dopo che la persona se n'è andata.
T lungo: il LED resta acceso più a lungo, come una luce delle scale.

Di solito T va da qualche secondo a qualche minuto, a seconda del modello.

Nel nostro progetto il programma non gestisce nessun tempo: copia soltanto lo stato del sensore sul LED. Quindi la durata del LED acceso la decide R1, non il codice.

R2: la distanza

Regola fin dove arriva il rilevamento, tipicamente da circa 3 a circa 7 metri.

Al minimo: reagisce solo se ci si avvicina molto.
Al massimo: reagisce anche a movimenti lontani, ma aumenta il rischio di falsi allarmi.

Il ponticello L/H, che lavora insieme a R1

L (non ripetibile): il sensore scatta e resta alto per il tempo T, anche se nel frattempo ci si continua a muovere. Poi si abbassa e solo dopo può scattare di nuovo.
H (ripetibile): finché c'è movimento il tempo T riparte da capo, e il LED si spegne solo T secondi dopo l'ultimo movimento. È la modalità adatta a una lampada che deve restare accesa finché c'è qualcuno.

Consigli pratici per la prova in classe

R1 al minimo: così non si devono aspettare minuti per vedere il LED spegnersi.
R2 a metà: è un buon punto di partenza.
Ponticello su H: il comportamento è più intuitivo.
Aspettare circa 1 minuto dopo l'accensione: il sensore si sta inizializzando e il LED può accendersi e spegnersi da solo.
Blocco dopo lo spegnimento: per qualche istante il sensore non rileva nulla. È normale, non è un guasto.

Attenzione al proprio modulo

Posizione dei trimmer: non tutti gli HC-SR501 hanno R1 e R2 nella stessa posizione del disegno Freenove. Alcuni li chiamano "Tx/Sx" o "TIME/SENS", altri non hanno scritte.
Senso di rotazione: anche il verso che aumenta il valore può cambiare tra un modulo e l'altro.

Nel dubbio, si può fare una prova: girare un trimmer e osservare cosa cambia. Se cambia quanto resta acceso il LED, è il tempo; se cambia la distanza a cui il sensore rileva, è la sensibilità. I trimmer hanno un fine corsa: non vanno forzati oltre.

Traduzione italiana del Capitolo 25 (pp. 276–280) del tutorial Python del "Freenove Ultimate Starter Kit for ESP32", © Freenove, rilasciato con licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale – Condividi allo stesso modo 3.0 Unported (CC BY-NC-SA 3.0). Questa traduzione è distribuita con la stessa licenza. Freenove® è un marchio di Freenove Creative Technology Co., Ltd.