Arduino 第十六章：PIR 傳感器練習

一、引言

在 Arduino 的眾多有趣項目中，傳感器的應用是非常重要的一部分。今天我們要學習的主角是 PIR（被動紅外）傳感器。PIR 傳感器能夠檢測人體發出的紅外線，常用于安防系統、自動照明等場景。通過本次練習，我們將深入了解 PIR 傳感器與 Arduino 的結合使用，學會如何讀取傳感器數據并根據數據做出相應的反應。

二、所需材料

1. Arduino 開發板：推薦使用 Arduino Uno，它是初學者常用且功能豐富的開發板。
2. PIR 傳感器：常見的如 HC-SR501 型號，這是一款比較容易獲取且價格實惠的 PIR 傳感器。
3. 杜邦線：若干，用于連接 Arduino 開發板和 PIR 傳感器。
4. LED 燈：一個，用于直觀顯示 PIR 傳感器的檢測結果。
5. 面包板：方便進行電路連接和布線。

三、PIR 傳感器介紹

PIR 傳感器的工作原理基于人體發出的紅外線。當有人進入傳感器的檢測范圍時，人體發出的紅外線會使傳感器內部的熱釋電元件產生變化，從而輸出一個電信號。一般來說，PIR 傳感器有三個引腳：VCC（電源正極）、GND（接地）和 OUT（信號輸出）。

以 HC-SR501 為例，它還具有一些可調節的參數，比如檢測靈敏度和延遲時間。通過調節傳感器上的電位器，可以改變這些參數以適應不同的使用場景。

四、硬件連接

1. 將 PIR 傳感器的 VCC 引腳通過杜邦線連接到 Arduino 開發板的 5V 引腳，為傳感器提供電源。
2. 把 PIR 傳感器的 GND 引腳連接到 Arduino 開發板的 GND 引腳，實現接地。
3. 將 PIR 傳感器的 OUT 引腳連接到 Arduino 開發板的一個數字引腳上，比如數字引腳 2。這樣，傳感器的輸出信號就可以被 Arduino 讀取。
4. 把 LED 燈的正極通過一個限流電阻（例如 220 歐姆）連接到 Arduino 開發板的數字引腳 13，負極連接到 GND 引腳。限流電阻的作用是防止電流過大損壞 LED 燈。
   

五、代碼編寫

打開 Arduino IDE，新建一個項目，輸入以下代碼：

const int pirPin = 5; // 定義 PIR 傳感器連接的引腳為數字引腳 5
const int ledPin = 4; // 定義 LED 燈連接的引腳為數字引腳 4
int pirState = LOW; // 初始化 PIR 傳感器狀態為低電平
int val = 0; // 用于存儲讀取到的 PIR 傳感器的值void setup() {pinMode(pirPin, INPUT); // 將 PIR 傳感器引腳設置為輸入模式pinMode(ledPin, OUTPUT); // 將 LED 燈引腳設置為輸出模式Serial.begin(9600); // 初始化串口通信，波特率為 9600
}void loop() {val = digitalRead(pirPin); // 讀取 PIR 傳感器的值if (val == HIGH && pirState == LOW) {// 如果檢測到高電平且之前狀態為低電平，說明有人進入檢測范圍pirState = HIGH;digitalWrite(ledPin, HIGH); // 點亮 LED 燈Serial.println("Motion detected!"); // 通過串口打印檢測到運動的信息} else if (val == LOW && pirState == HIGH) {// 如果檢測到低電平且之前狀態為高電平，說明人離開檢測范圍pirState = LOW;digitalWrite(ledPin, LOW); // 熄滅 LED 燈Serial.println("Motion stopped!"); // 通過串口打印運動停止的信息}delay(100); // 延遲 100 毫秒，避免頻繁檢測
}

六、代碼解釋

1. 變量定義：
   • const int pirPin = 5;：定義 PIR 傳感器連接的引腳為數字引腳 2。
   • const int ledPin = 4;：定義 LED 燈連接的引腳為數字引腳 13。
   • int pirState = LOW;：初始化 PIR 傳感器的狀態為低電平，用于記錄傳感器的當前狀態。
   • int val = 0;：用于存儲從 PIR 傳感器讀取到的值。
2. setup()函數：
   • pinMode(pirPin, INPUT);：將 PIR 傳感器連接的引腳設置為輸入模式，以便讀取傳感器的信號。
   • pinMode(ledPin, OUTPUT);：將 LED 燈連接的引腳設置為輸出模式，用于控制 LED 燈的亮滅。
   • Serial.begin(9600);：初始化串口通信，設置波特率為 9600，方便通過串口打印信息。
3. loop()函數：
   • val = digitalRead(pirPin);：讀取 PIR 傳感器的值，并將其存儲在變量 val 中。
   • if (val == HIGH && pirState == LOW)：當讀取到的傳感器值為高電平且之前傳感器狀態為低電平時，說明有人進入了檢測范圍。此時將傳感器狀態更新為高電平（pirState = HIGH;），點亮 LED 燈（digitalWrite(ledPin, HIGH);），并通過串口打印檢測到運動的信息（Serial.println("Motion detected!");）。
   • else if (val == LOW && pirState == HIGH)：當讀取到的傳感器值為低電平且之前傳感器狀態為高電平時，說明人離開了檢測范圍。此時將傳感器狀態更新為低電平（pirState = LOW;），熄滅 LED 燈（digitalWrite(ledPin, LOW);），并通過串口打印運動停止的信息（Serial.println("Motion stopped!");）。
   • delay(100);：添加一個 100 毫秒的延遲，避免頻繁檢測，減少資源消耗。

七、測試與調試

1. 將編寫好的代碼上傳到 Arduino 開發板。
2. 確保 PIR 傳感器和 LED 燈的連接正確，并且 PIR 傳感器的檢測范圍沒有被遮擋。
3. 打開 Arduino IDE 的串口監視器，設置波特率為 9600。
4. 當有人進入 PIR 傳感器的檢測范圍時，LED 燈應該點亮，并且串口監視器會顯示“Motion detected!”的信息；當人離開檢測范圍時，LED 燈熄滅，串口監視器會顯示“Motion stopped!”的信息。
5. 如果程序沒有按照預期運行，可以檢查硬件連接是否正確，代碼是否存在語法錯誤，或者嘗試調整 PIR 傳感器的靈敏度和延遲時間。

八、拓展應用

1. 安防報警系統：將 PIR 傳感器與蜂鳴器結合，當檢測到有人進入時，不僅點亮 LED 燈，還讓蜂鳴器發出警報聲，實現簡單的安防報警功能。
2. 自動照明系統：在一些需要自動控制照明的場景中，如走廊、衛生間等，當 PIR 傳感器檢測到有人時，自動打開燈光，人離開后一段時間自動關閉燈光，達到節能的目的。
3. 智能家居控制：將 PIR 傳感器的檢測結果與其他智能家居設備（如智能插座、智能窗簾等）集成，實現更智能化的家居控制，比如當檢測到有人進入房間時，自動打開空調和窗簾。

通過本次對 PIR 傳感器的練習，相信你已經對它的工作原理和在 Arduino 中的應用有了更深入的了解。希望你能夠發揮創意，利用 PIR 傳感器開發出更多有趣和實用的項目。