PIR 센서 회로 작동 원리: 설계, 동작 및 실세계 응용

센서는 물리적 매개변수나 이벤트의 변화를 감지하여 전기적 또는 광학적 신호로 변환합니다. 일반적으로 아날로그 또는 디지털 장치로 분류됩니다.

일반적인 센서 범주에는 온도, 압력, 가스, 화재, 파이로일렉트릭, 압전, IR, PIR 센서가 있습니다. 이 글은 PIR 센서 회로, 모듈, 작동에 초점을 맞춥니다.

PIR 센서

PIR(수동 적외선) 센서는 일반적으로 10m 범위 내에서 사람의 움직임을 감지하며, 유효 감지 범위는 5m~12m입니다. PIR 센서는 적외선 복사를 감지하는 파이로일렉트릭 소자 기반으로 제작됩니다. 여기서는 돔 모양 프레넬 렌즈가 장착된 PIR 모듈을 다룹니다.

PIR 센서 회로는 사람이 공간에 진입하거나 나가는 것을 감지하는 프로젝트에 널리 사용됩니다. 평평한 렌즈 기반 설계로 마이크로컨트롤러 및 기타 전자 시스템과의 간편한 통합이 가능합니다.

그림과 같이 PIR 모듈은 3핀(GND, VCC(일반적으로 최대 5V), OUT)을 가집니다. 일부 대형 모듈은 디지털 출력 대신 직접 릴레이를 구동하지만, 대부분 마이크로컨트롤러가 읽을 수 있는 단순한 하이/로우 디지털 신호를 제공합니다.

PIR 센서 회로

PIR 모듈의 내부 보드는 세라믹 기판과 필터 윈도우, 그리고 프레넬 렌즈로 덮여 있어 적외선 복사를 파이로일렉트릭 소자에 집중시킵니다.

PIR 센서 작동

따뜻한 물체가 센서의 시야를 가로지르면 파이로일렉트릭 소자가 적외선 복사의 변화를 감지하여 전기 펄스로 변환하고, 이는 알람, 부저 또는 기타 출력을 트리거할 수 있습니다.

내부적으로 센서는 양극과 음극의 두 파이로일렉트릭 플레이트로 구성되며, 각각 적외선 플럭스 변화에 따라 신호를 생성합니다. 출력은 이 신호들의 차동으로, 증폭 및 필터링되어 깨끗한 디지털 펄스를 생성합니다. 프레넬 렌즈는 필드를 여러 구역으로 분할하여 넓은 영역 또는 집중된 영역에서의 감지를 가능하게 합니다.

전원 투입 후 센서는 안정화 기간(일반적으로 10~60초)을 거치며 이 동안 출력은 로우 상태를 유지합니다. 움직임이 감지되면 OUT 핀이 몇 초간 하이로 올랐다가 로우로 돌아옵니다.

PIR 센서의 실용적 응용

PIR 센서는 실외 및 계단 조명, 주차장 조명, 자동문, 보안 알람에 이르는 다양한 자동화 시스템을 구동합니다. 아래에 PIR 모듈 중심으로 구축된 여러 실용적 구현을 소개합니다.

PIR 센서 기반 자동문 개방 시스템

자동문 시스템은 PIR 센서로 사람을 감지하고 마이크로컨트롤러에 하이 펄스를 보냅니다. 마이크로컨트롤러는 입력 및 인에이블 핀을 통해 모터 드라이버를 구동하여 문을 자동으로 엽니다.

모터 드라이버가 힌지 모터에 전원을 공급하여 사람이 센서 시야 내에 감지되면 문이 열립니다.

PIR 센서 기반 보안 알람 시스템

고보안 환경에서는 PIR 출력이 UM3561 알람 IC를 구동하여 다중 톤 사이렌(구급차, 화재, 경찰)을 생성합니다. 움직임이 감지되면 마이크로컨트롤러의 디지털 펄스가 UM3561을 활성화하여 알람을 울립니다.

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