Module: HC-SR501, PIR-bewegingssensor

(gepubliceerd op 25-03-2018)



Kennismaking met de HC-SR501
Voor iets meer dan één euro koopt u deze bewegingssensor volgens het PIR-principe, waarmee u iedere beweging in een straal van maximaal zeven meter kunt detecteren. Bij detectie wordt de uitgang 'H', een actie waarmee u op een zeer eenvoudige manier een lamp of alarm kunt aansturen.
Zoals iedere PIR-sensor wordt de HC-SR501 van Shenzhen Jieshen Technology gekarakteriseerd door de typische dome, de fresnel-lens die de PIR-sensor nodig heeft om de variërende infrarode straling van bewegende personen te kunnen detecteren. Inderdaad, een PIR-sensor werkt niet volgens het radar-principe, maar detecteert alleen voorwerpen die warmer of kouder zijn dan de omgeving én die bewegen. Een PIR-sensor is in feite niets anders dan een uiterst gevoelige infrarood detector, die zelfs de geringste afwijking in het infrarood stralingsveld opmerkt.
De volledige schakeling is ondergebracht aan weerszijden van een printje met als afmetingen 32 mm bij 24 mm. Aan de onderzijde ziet u twee instelpotentiometers. Met de ene kunt u het bereik instellen tussen ongeveer drie en zeven meter, met de andere kunt u de tijd instellen die de uitgang 'H' blijft na een detectie. Het bereik gaat van vijf seconden tot vijf minuten.
U moet de module voeden uit een gelijkspanning tussen 5 V en 20 V.

De PIR-detector HC-SR501 van Shenzhen Jieshen Technology. (© Banggood)

De elektronica in de module
In onderstaande foto hebben wij de fresnel-lens verwijderd, zodat de eigenlijke PIR-sensor goed zichtbaar wordt. Dat is een type RE200B van Glolab Corporation. Deze mag gevoed worden met maximaal 4,0 V, vandaar dat in de schakeling een stabilisator naar 3,3 V aanwezig is. Op de andere kant van de print ziet u het hart van de schakeling, een BISS0001 chip van Shenzhen Fuman Electronics Co die speciaal is ontwikkeld voor het verwerken van de signalen van een PIR-sensor. Daarnaast zit de stabilisator die de aangeboden voedingsspanning reduceert tot 3,3 V. Linksonder staat een jumper, waarmee u de triggering van de module kunt instellen, lees verder.
Onder de connector ziet u twee printgaatjes 'RL'. Hierin kunt u desgewenst een LDR solderen, waardoor de module rekening houdt met de intensiteit van het omgevingslicht. Als u deze lichtgevoelige weerstand aanbrengt, reageert de module niet in daglicht. Dat is dus een ideale optie als u de HC-SR501 wilt gebruiken voor het sturen van een lamp die alleen gaat branden als het donker is en als er iemand in de buurt komt. Helaas kunt u de gevoeligheid van deze optie niet instellen.
Naast de sensor zijn twee open gaatjes 'RT'. Hier kunt u een thermistor insolderen, die de gevoeligheid van de PIR-sensor minder afhankelijk maakt van de omgevingstemperatuur. Helaas hebben wij geen nadere gegevens kunnen vinden over het soort en de waarde van deze thermistor.
(Met dank aan Rob Holtman, de ons attendeerde op een fout in onze originele foto, die inmiddels is gecorrigeerd.)

De twee zijden van het printje, met verwijderde fresnel-lens. (© 2018 Jos Verstraten)

Het schema van de HC-SR501
In onderstaande figuur hebben wij het volledige schema van deze module weergegeven. Althans ... één versie van de module, want zoals helaas wel vaker het geval is met Chinese producten zijn er van de HC-SR501 diverse versies in omloop, met een iets ander schema en iets andere print lay-out.
Helemaal links ziet u de PIR-sensor. De uitgang gaat naar pen 14 van de BISS0001. Dat is de ingang van de eerste versterker in dit IC. Tussen de pennen 14/15/16 en 13/12 treft u twee operationele versterkers aan, die het zeer kleine signaal van de PIR-sensor versterken. De potentiometer RL2 is in de terugkoppeling van de tweede op-amp opgenomen en regelt de gevoeligheid en dus het bereik van de schakeling.

Het schema van één versie van de HC-SR501 module. (© S-J Tech)

De uitgang van de tweede op-amp (pen 12) gaat intern naar een comparator, die de versterkte spanning van de PIR-sensor vergelijkt met twee interne drempels. De uitgang van deze comparator gaat intern naar een poort, die gestuurd wordt door de spanning op pen 9. Deze ingang gaat via een voorschakelweerstand R3 naar de reeds besproken LDR, waarvan de weerstand bepaalt of de schakeling actief of passief moet zijn. Pen 1 wordt ofwel met de massa ofwel met de voeding verbonden en de gekozen optie legt het trigger-gedrag van de schakeling vast. De uitgang van het IC op pen 2 gaat via een beveiligingsweerstand R14 naar de uitgang van de module. Voor de volledigheid hebben wij in onderstaande figuur het intern blokschema van de BISS0001 opgenomen.
Voor het geval u zich afvraagt hoe het kan dat deze module voor zo weinig geld wordt aangeboden lichten wij een tipje van de sluier. De BISS0001 is te koop voor de prijs van 0,0965 dollar.

Het intern blokschema van de BISS0001. (© Shenzhen Fuman Electronics Co)

Technische gegevens van de HC-SR501
       - Prijsindicatie: vanaf € 1,33
       - Fabrikant: Shenzhen Jieshen Technology
       - Voedingsspanning: 4,5 Vdc tot 20 Vdc
       - Ruststroom: minder dan 50 μA
       - Actief uitgangssignaal: 3,3 V
       - Openingshoek sensor: 100 °
       - Diameter fresnel-lens: 23 mm
       - Detectiebereik: 3 m tot 7 m instelbaar
       - Uitgangspuls: 5 s tot 300 s instelbaar
       - Bedrijfstemperatuur: -15 °C tot +70 °C
       - Afmetingen: 32 mm x 24 mm

De werking van de HC-SR501
Na het inschakelen van de voedingsspanning is de uitgang van de module drie seconden onbetrouwbaar. Nadien gaat de uitgang naar 'L' als geen beweging wordt gedetecteerd. Bij detectie van een beweging gaat de uitgang naar 'H' en blijft een instelbare tijd op dit niveau. Na afloop van de ingestelde tijd gaat de uitgang weer naar 'L'. De eerstvolgende drie seconden blijft de uitgang onder alle omstandigheden 'L', ook als een beweging wordt gedetecteerd.



Het instellen van de trigger-jumper
Met deze jumper kunt u de modus van de module selecteren.

• Single trigger:
  De uitgangspuls start meteen nadat een beweging is gedetecteerd en blijft 'H' tot de ingestelde tijd is afgelopen. Als er tijdens deze tijd andere bewegingsdetecties plaatsvinden hebben deze geen invloed.
• Repeatable trigger:
  Iedere nieuwe beweging die wordt gedetecteerd start een nieuwe tijdcyclus.

Het verschil tussen 'single trigger' en 'repeatable trigger'. (© 2018 Jos Verstraten)

Voorbeeldschakelingen met de HC-SR501
In onderstaande figuur is de eenvoudigste toepassing met deze module voorgesteld. De uitgang van de HC-SR501 stuurt rechtstreeks de basis van de transistor T1. Een basisweerstand is niet noodzakelijk, deze zit immers op de print. In de collector staat een relaisspoel en de diode D1 die de tegen-emk van de spoel onderdrukt.

De uitgang van de module stuurt via een transistor een relais. (© 2018 Jos Verstraten)

Vaak wilt u in de praktijk een 230 V lamp schakelen met een bewegingssensor. In onderstaande figuur is voorgesteld hoe dat het eenvoudigst kan. De netspanning wordt gelijkgericht door vier 1N4007 dioden en een thyristor sluit deze bruggelijkrichter kort als er een beweging wordt gedetecteerd. Door die kortsluiting wordt de lamp La1 met de netspanning verbonden en gaat branden. Nadeel van dit systeem is dat de HC-SR501 gevoed wordt uit drie 1,5 V batterijtjes. Omdat het stroomverbruik van de module erg laag is, minder dan 50 μA, hoeft dat echter niet bezwaarlijk te zijn.

Het schakelen van een 230 V lamp met de HC-SR501. (© 2018 Jos Verstraten)

Tot slot een schema waarbij u die batterijtjes niet nodig hebt. De voeding voor de module en de externe elektronica wordt nu rechtstreeks uit de 230 V netspanning betrokken. Daar hebt u wél een 2 W weerstand en een condensator met een werkspanning van 400 V voor nodig. Die twee onderdelen staan als voorschakelweerstand van de zenerdiode D5 geschakeld. De 12 V wordt afgevlakt door de elco C2. De uitgang stuurt weer een relais, waarvoor u een zeer gevoelig 12 V type moet zoeken. Het relaiscontact verbindt de lamp met de netspanning.

Een schema waarbij de HC-SR501 uit de 230 V netspanning wordt gevoed. (© 2018 Jos Verstraten)

(Banggood sponsor advertentie)
RobotDyn 5 V PIR bewegingssensor