حساس الحركة PIR motion sensor

(Passive Infrared Sensor)

هو حساس إلكتروني يقوم باستشعار الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن أي جسم يمر خلال نطاق استشعاره. ويُستخدم في استشعار حركة الكائن الحيّ (إنسان أو حيوان) الذي تنبعث منه أشعة تحت الحمراء بسبب حرارة جسمه. حيث أنه يشير إلى وجود حركةٍ أو لا، لكنه لا يعطينا أي معلومات عن الجسم الذي تحرك ولا يشير إلى عدد الأشخاص في الغرفة.

يُستخدم هذا الحساس في أنظمة إنذار السرقة وفي أنظمة الإضاءة التي يتم تشغيلها تلقائياً عند دخول أية شخص إلى الغرفة.

حساس الحركة صغير الحجم وقليل الاستهلاك للطاقة وسهل الاستخدام. (توضح الصورة التالية حساس الحركة) .

إنّ الأجسام التي تكون درجة حرارتها فوق الصفر المطلق ينبعث منها أشعة تحت الحمراء، وهذه الأشعة لا تُرى بالعين المجردة، وكلما زادت درجة حرارة الجسم زادت نسبة الأشعة تحت الحمراء المنبعثة منه، حيث تستطيع مواد معينة تُستخدم في هذا الحساس أن تتحسس هذه الأشعة.

يحتوي الحساس على عدسة بلاستيكية تسمح بمرور الأشعة تحت الحمراء من خلالها، وخاصة تلك التي يبلغ طولها الموجي من 8 إلى 14 ميكرومتر والقريبة من انبعاثات جسم الإنسان من الأشعة تحت الحمراء. وتقوم هذه العدسة بتركيز الأشعة للحساس، وتعمل أيضا على زيادة مساحة الاستشعار، وتكون على شكل عدة عدسات صغيرة تعمل معاً على زيادة مدى الاستشعار. وتوضع هذه العدسة فوق قطعة الكريستال التي تستشعر الأشعة تحت الحمراء. (توضّح الصورة التالية العدسة بشكل منفصل عن االحسّاس) .

كريستالة الكهرباء الحرارية (Pyroelectricity)

تتألف من مواد معينة لها القدرة على إنتاج فرق جهد كهربائي عند تعرضها لحرارة أو برودة، حيث يؤدي تعرضها لحرارة متغيرة إلى تحرك الإلكترونات عبرها وتجمّعها في طرف معين، مما يُنتج فرقَ جهد عبر طرفيها. فعندما تتغير مواضع الذرات قليلاً يحدث استقطاب جزيئيّ. وعندما تتغير الحرارة تتغير شدة الاستقطاب، مما يسبّب إزاحة لمواضع الذرات و تغير شكل الجزيئات، وهذا يحدث في المواد التي تمتلك استقطاباً تلقائياً. لذلك أصبحت هذه المواد أساسية لعمل حساسات الحركة.

Rb₅Nb₃OF₁₈ الصيغة الكيميائية لمادة الكريستالة المستخدمة في هذه المستشعرات:

قطعة الكريستال المستطيلة في المركز هي التي تستشعر الأشعة تحت الحمراء، وتتكون من شقين. وفي حال عدم وجود حركة فإن كلا الشقين سوف يستشعران كمية الأشعة تحت الحمراء ذاتها المنبعثة من جدران الغرفة ومن محيط الحساس، وفي هذه الحالة يشير الحساس إلى عدم وجود حركة. أمَّا عند تحرك أي جسم دافئ مثل إنسان أو حيوان، ومروره أمام الشق الأول سيحدث تغير في فرق الجهد الكهربائي بين الشقين ويشير إلى وجود الحركة. وعندما يغادر الجسم نطاق الاستشعار للحساس ويمر بالشق الثاني ينعكس فرق الجهد الكهربائي المتولد. (توضح الصور التالية تولدَ فرق الجهد الناتج من حركة الجسم أمام الحساس):

فرق الجهد الكهربائي المتولد من الكريستال يكون ضعيفاً جداً، لذلك يجب أن يمر بدائرة كهربائية مضخِّمة لتكبيره، ثم يمر بدائرة كهربائية تقوم بمقارنته مع الجهد الأصلي الذي يكون على الحساس في حالة عدم وجود حركة، وفي حال كان الجهد الجديد أكبر قيمةً من الجهد الأصلي، فإن الدائرة المقارِنة تعطي جهداً كهربائياً يدل على وجود الحركة.

يُربط الحساس بالمتحكم الدقيق (ميكروكنترولر) لمعرفة ما يستشعره الحساس (وجود حركة أو لا). وللتحكم بأي شيء نريد حدوثه عند وجود الحركة، مثل إصدار الإنذار في حالة السرقة أو تشغيل الأضواء في حالة الإنارة الأوتوماتيكية أو فتح باب أوتوماتيكياً عند اقتراب شخص منه.

بالرغم من أنه يمكننا استخدام الكاميرا للكشف عن وجود حركة أو لا في مكان معين، لكن للحساس ميزات تجعلنا نستخدمه بدلاً من الكاميرا. حيث أنّ الحساس يحافظ على خصوصية الشخص في أي مكان وُضع فيه، ويراقب المكان ويؤدي وظيفته دون انتهاك الخصوصية عكس الكاميرا.

المراجع:

1) https://learn.adafruit.com/pir-passive-infrared-proximity-motion-sensor/how-pirs-work