מודול HC-SR501 מבוסס על חיישן PIR (תת-אדום פסיבי), ובדיוק כמו "גלאי נפח" של מערכת אזעקה ביתית, הוא מאפשר לנו לזהות תנועה במרחב של אובייקטים חמים או קרים ביחס לרקע – או במילים פשוטות, כשמישהו זז בטווח הקליטה שלו. המודול נפוץ וזול, והפעלתו לא דורשת כמעט שום ידע. בפוסט זה נבין איך הוא עובד – ואיך עובדים איתו.

עקרון הפעולה

כיפת הפלסטיק הלבנה שעל המודול מתפקדת כעדשה, כמגן פיזי וקצת כמסנן של תדרי אור לא רלוונטיים עבור רכיב החיישן שמתחתיה. בתוך רכיב החיישן הזה מסתתרים למעשה מספר חיישני אינפרה-אדום נפרדים: בדגמים הזולים והנפוצים יש שניים (בקצה הימני והשמאלי של ה"חלון" ברכיב, אותו אפשר לראות בתמונה הבאה), ואילו בדגמים יקרים יותר יש ארבעה – אחד בכל פינה.

חיישנים אלה נקראים "פסיביים" מכיוון שהם קולטים בלבד, ולא פולטים דבר (בניגוד, למשל, לחיישני מרחק אולטרא-סוניים שמשדרים אות ומחפשים את ההד החוזר שלו).

המעגל המשולב ("ג'וק") שמולחם בצדו השני של המודול, מהדגם הייעודי BISS0001, מנסה כל הזמן לאזן כביכול את הקריאות מהחיישנים הנפרדים – שיכולות כמובן להיות שונות מאד זו מזו, בהתאם לתנאי הסביבה. ברגע שהאיזון מופר, כתוצאה משינוי משמעותי ומהיר מספיק ב"שדה הראיה" של החיישנים, הג'וק מפיק אות חשמלי (מתח חיובי בפין VO שלו) כאינדיקציה ומתחיל מחדש.

בגלל צורת הפעולה הזו, רכיבים עם שני חיישנים בלבד הם רגישים לתנועה רק בציר שעליו ממוקמים החיישנים עצמם. לדוגמה, במערכת בה הרכיב הוצב כך שהחיישנים הם מימין ומשמאל (כפי שנעשה בדרך כלל בגלאי נפח), המודול יוכל לזהות תזוזה של אדם סנטימטרים ספורים ימינה או שמאלה – אך אם אותו אדם יקפוץ לגובה, יש סיכוי שהמודול יפספס זאת לגמרי. זה יכול להיות חיסרון או יתרון, תלוי ביישום.

אות האינדיקציה נמשך זמן קבוע (ראו מידע נוסף בהמשך), ובסיומו יש משך זמן קצר – כשתי שניות – שבמהלכו המודול לא מגיב לתנועות חדשות.

חשוב לציין שכאשר מחברים את המודול לחשמל, נדרשות כמה שניות עד שהוא מתייצב ומסוגל להגיב כראוי לתנועה. זמן האיפוס הזה יכול להתארך מאד אם במהלכו יש הרבה תנועה מול החיישן. כמו כן, ברגע החיבור לחשמל עלולה להופיע קריאת שווא.

אפשרויות כוונון במודול HC-SR501

המודול כולל שלושה רכיבים לכוונון ידני: שני פוטנציומטרים וג'אמפר אחד. הפוטנציומטר הראשון (הרחוק מהג'וק, בתמונות) קובע את משך אות האינדיקציה – כמה זמן יימשך האות (HIGH) שהג'וק מוציא כשמתגלה תזוזה מול החיישנים. הטווח הוא, בהערכה גסה, בין שלוש שניות לחמש דקות. משכי זמן ארוכים שכאלה יכולים להיות שימושיים אם, למשל, המודול פועל באופן עצמאי, ומערכת ניטור מרכזית בודקת את מצבו לעתים נדירות יחסית.

הפוטנציומטר השני אמור, בתיאוריה, לכוון את רגישות הג'וק לשינויים בקלט החיישנים ("מרחק גילוי"). בפועל, בשני דגמים שונים שבדקתי, לא הצלחתי להבחין בהשפעה משמעותית כלשהי. אולי בגלל זה המודולים היו זולים כל כך…

שני המיקומים האפשריים של הג'אמפר קובעים מה יקרה אם הג'וק יגלה תנועה נוספת בזמן שאות האינדיקציה פועל. במיקום אחד, הג'וק מתעלם מכל השינויים החדשים, משלים את האינדיקציה עבור השינוי הראשון ועובר למצב השקט הזמני. במיקום השני של הג'אמפר, כל שינוי חדש שמתגלה מתחיל את ספירת הזמן מחדש, ואות האינדיקציה יכול להישאר בתיאוריה פעיל לנצח.

חיבורים וחשמל

למודול HC-SR501 ממשק של שלושה פינים: שניים לאספקת חשמל ואחד לפלט. על פי המידע ברשת, טווח המתחים המתאים למודול הוא 4.5V עד 20V. אספקת החשמל עוברת דרך מייצב מתח מדגם HT7133, שממיר את המתח הנכנס ל-3.3V הדרוש לרכיבים – ולכן גם 3.3V הוא מתח המוצא של פין הפלט במצב HIGH.

במודולים הזולים, הכיתוב שמזהה כל אחד מהפינים הללו מסתתר מתחת לכיפת הפלסטיק (אפשר להסיר אותה במשיכה קלה ולהחזיר למקום בלי בעיה).

צריכת החשמל של המודול נמוכה ביותר. בכלים לא מקצועיים, מדדתי כ-0.1 מיליאמפר ב"מנוחה" וכ-0.2 מיליאמפר בזמן אינדיקציית תנועה, כאשר פין הפלט לא הפעיל שום צרכן. על פי המפרט הטכני של BISS0001, פין הפלט מסוגל "לתת" עד 10 מיליאמפר.