Günstige effektive Näherungssensoren zur Personenerkennung?

Ich baue ein kleines Gerät, das (zusammen mit vielen anderen identischen) an der Decke montiert wird und nach unten zeigt. Ich möchte erkennen, wenn jemand darunter geht. Aufgrund der Einschränkungen meines Systems muss der Sensor sein:

  • Billig - das ganze Gerät muss ungefähr 5 $ kosten, also gebe ich lieber nicht mehr als ungefähr 1 $ für den Sensor aus.
  • Kompakt - das gesamte Gerät hat einen Durchmesser von etwa 3 cm, sodass der Sensor deutlich kleiner sein muss.
  • Angemessene Reichweite - Wenn jemand unter dem Gerät steht, kann sein Kopf 50 cm bis 1 Meter entfernt sein.

Der Sensor muss nicht schnell sein – ein paar Kontrollen pro Sekunde sollten ausreichen.

Billig schließt „passive IR“-Pyrometer ziemlich aus, und kompakt und billig schließen Ultraschalltransponder aus. Ich habe einen elektrostatischen Detektor ausprobiert, aber obwohl er aufgeladene Plastikobjekte gut erkennt, reagiert er überhaupt nicht auf eine Person, die auf einem Holzboden steht.

Bisher scheint die beste Option eine IR-LED als Fotodiode zu sein (ich habe einen echten Fototransistor ausprobiert, aber seltsamerweise ein schlechteres Signal als die LED). Mit einem Setup mit einer LED, die IR aussendet, und einer anderen in Sperrrichtung vorgespannten LED, die an den analogen Eingang eines Arduino angeschlossen ist, kann ich einen nützlichen Rückstrahl erkennen, der von meiner Hand auf alles bis zu einem halben Meter reflektiert wird. Dies ist zwar brauchbar, liegt aber am Rande des Bereichs, und ich mache mir Sorgen, dass es im fertigen System möglicherweise nicht funktioniert. Es hat den großen Vorteil, dass ich nur eine LED auf jeder Platine platzieren kann und eine Platine im Sensormodus verwenden kann, während eine andere die Beleuchtung bereitstellt.

Kann jemand eine bessere Option für die Näherungserkennung oder eine Verfeinerung der aktiven IR-Option vorschlagen, um ihre Reichweite zu erweitern?

Siehe futurlec.com/PIR_Sensors.shtml für einige preisgünstige PIR-Komponenten.
@Russell Danke, aber sie sind immer noch mindestens doppelt so hoch wie mein Budget pro Sensor.
Sie sagen Gesamtbudget von 5 $ - was ist damit abgedeckt? Sensorsteuerelektronik und PCB können unter 1 $ liegen. Was ist sonst noch in jeder Einheit und was tun sie?
@Russell Die Platine (ca. 1 $), der Mikrocontroller (ca. 2 $ für einen ATTiny45), die LED (0,3 $ - 1 $ je nach Teil), das Kabel zum Anschluss an benachbarte Geräte (~ 1 $, wahrscheinlich weniger in Mengen) und Verschiedenes passive Komponenten (etwa 0,1 $).
ATTiny45 - auf Lager Digikey. $2.20/1. $1,38/25. 1,23 $/100. Wenn man die gesamte Spezifikation kennt und weiß, was erforderlich ist, wäre ein billigerer Prozessor wahrscheinlich möglich. Das gesamte beschriebene Projekt ist mit ziemlicher Sicherheit für 5 US-Dollar für Materialien mit bis zu 2 US-Dollar für Sensoren machbar. ATTiny25 wahrscheinlich OK $ 1,89 / $ 1,19 / 1,05 Volumen wie oben. Es gibt billigere Teile, die wahrscheinlich für Sie funktionieren würden. Was ist die Gesamtspezifikation? Welches Volumen?
@Russell Offensichtlich ist digi-key US billiger als digi-key.com.au. Vielleicht kann ich die 25 verwenden, ja - ich fange mit der 45 für die Prototypen an. Die Lautstärke hängt davon ab, ob jemand anderes als ich eine haben möchte. :)
Aber was macht es insgesamt. Lässt es zB LEDs kräuseln, wenn Leute darunter laufen? Muss es 2D sein oder würde 1D reichen? etc
@Russell Das ist so ziemlich alles, ja. Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit 2D oder 1D meinen.

Antworten (3)

Aus Ihrer Erklärung und anderen Frage geht hervor , dass Sie Ihre IR-LED direkt an den ADC-Eingang anschließen. Ich glaube nicht, dass dies aus der Ferne zu gut funktionieren wird, der ADC-Eingang wird wahrscheinlich eine ziemlich niedrige Impedanz haben, die Ihr Signal dämpfen wird. Fotodioden haben eine sehr große Impedanz, daher benötigen Sie einen Transimpedanzverstärker, um den Strom in Spannung umzuwandeln.
Ich würde etwas verwenden, das eher zum Erfassen als zum Emittieren ausgelegt ist, wie eine Fotodiode oder Ihren IR-Fototransistor (wenn es nicht funktioniert, verwenden Sie es wahrscheinlich nicht richtig) und dieses in einen Operationsverstärker und dann in den ADC einspeisen.
In der App-Notiz, auf die Sie verlinken, gibt es viele Beispielschaltungen, die alle einen Transistor oder Operationsverstärker beinhalten, um das Signal zu verstärken / zu puffern. Probieren Sie eines davon aus und sehen Sie, wie es funktioniert.

Ich versuche wirklich, die Anzahl der Komponenten und die Kosten zu reduzieren, und die abwechselnde Verwendung desselben Geräts zum Erfassen und Emittieren schien eine gute Möglichkeit zu sein, dies zu tun. Nicht alle Beispielschaltungen beinhalten einen Operationsverstärker, und die Spannungen, die ich auf dem AVR sehe, liegen in einem Bereich, der ohne einen verwendbar ist - ich versuche nur herauszufinden, was am besten funktioniert.
Welche Beispielschaltung meinst du? Alle, die ich sehen kann, beinhalten entweder einen Transistor oder einen Operationsverstärker. Ich denke, es kann ohne einen in angemessener Entfernung ziemlich flockig sein, da die Bestrahlungsstärke proportional zum Quadrat der Entfernung ist und die verwendeten 20 Meg Probleme verursachen können. Wenn Sie versuchen, den Komponenten-Countdown niedrig zu halten, würde ich den Fototransistor verwenden, er sollte weitaus empfindlicher sein. Ich verstehe den Wunsch, die Kosten niedrig zu halten, aber 0,02 US-Dollar für einen Jellybean-Transistor scheinen es wert zu sein, um sicherzustellen, dass die Dinge so funktionieren, wie sie sollten.
2A, was eigentlich eine "Grundschaltung" ist, aber wie ich beobachtet habe, ist der Spannungsbereich angemessen. Die Bestrahlungsstärke ist auch mit einem Operationsverstärker proportional zum Quadrat der Entfernung, und ich denke, der Unterschied zwischen ihr und den Hintergrundpegeln ist ohnehin unmöglich über etwa 50 cm zu messen, aber ich werde es mit einem Operationsverstärker versuchen. Ein IR-Fototransistor kostet leider eher 0,5 als 0,02 US-Dollar.
Wenn ich mir das Datenblatt meines gewählten Mikrocontrollers (der ATTiny45) ansehe, unterstützt er tatsächlich bereits die 20-fache Verstärkung des differenziellen ADC, also kann ich hoffentlich den externen Operationsverstärker überspringen, wenn ich nur die richtigen Parameter für den Widerstandsteil des Spannungsteilers kenne - darüber Ich bin immer noch im Dunkeln, und es hört sich immer noch so an, als wäre Experimentieren die einzige wirkliche Lösung.
Also habe ich einen Operationsverstärker mit Schaltung 6A aus der Appnote ausprobiert - mit einem 10-M-Widerstand war er tatsächlich weniger empfindlich als der einfache 10-M-Spannungsteiler.
Möglicherweise müssen Sie eine weitere Verstärkungsstufe hinzufügen, aber es sollte recht gut funktionieren. Welche Pegel sehen Sie? Ich habe gerade einen Test mit einem Operationsverstärker, einer IR-LED und einem 10-M-Widerstand (parallel zu 100 pF, um die Oszillation zu stoppen) eingerichtet. Es gab sicherlich sichtbare Änderungen am Oszilloskop (50 mV oder so) bei etwa 2 m, als ich meine Hand hinüber bewegte. Im Moment ist keine Zeit, weiter zu experimentieren, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass es in einer 20x ADC-Stufe recht gut funktionieren könnte. Stellen Sie sicher, dass Sie die Dinge richtig vorspannen (verwenden Sie eine doppelte Versorgung?)
Hast du auch einen Emitter verwendet? Ich verwende einen Emitter und nehme die Differenz zwischen den Werten, wenn er ein- und ausgeschaltet ist, um Hintergrundgeräusche zu eliminieren. Mit dieser Konfiguration zeigte es nur merkliche Unterschiede bis zu einer Entfernung von etwa 50 cm.
Auf jeden Fall war es nicht wesentlich anders - daher tendiere ich immer noch dazu, den einfachen Widerstandsteiler im 20x-ADC zu verwenden, es sei denn, es gibt einen zwingenden Grund, dies nicht zu tun.
Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit dem Emitter meinen - meinen Sie eine normale in Sperrrichtung vorgespannte IR-LED zum Erkennen (ja, ich habe die genaue Konfiguration in 6A verwendet) oder eine Quelle wie eine in Vorwärtsrichtung vorgespannte IR-LED (nein, nur die Hand bei> 1 m bewegt) Wenn es ohne Operationsverstärker gut funktioniert, stimme ich zu, benutze das. Ich schlage nur vor, dass eine weitere Verstärkung nützlich sein könnte.
Ich möchte mich nicht auf das Umgebungslicht verlassen, da dieses sehr variabel sein wird. Daher ist geplant, eine IR-LED zu verwenden, die in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, um die Umgebung (moduliert) zu beleuchten, und eine andere, um sie abzutasten.

IR

(1) LEDs zum Waschen des Bereichs von oben mit moduliertem IR mit den billigsten IR-Detektoren, die für Sie arbeiten. (LED, Fotodiode, ...)

(2) WENN Sie in Bodenhöhe nach oben gerichtete Sender bereitstellen können, können Sie die Strahlunterbrechung mit darüber liegenden Sensoren verwenden. IR-Emitter können leicht sehr unauffällig sein (IR-Filter können schwarz und undurchlässig für sichtbares Licht sein).

(3) Strahler oben mit bodenebenen Reflektoren – müssen nicht sichtbar reflektierend sein. Anfälliger für Beschädigungen als Schwachstrahler.

(4) Alibaba India hat aktive IR-Sensorplatinen für Rs157 = ~~~ $US3. Dies ist die gesamte PCB und das Volumen ist unbekannt. Gibt eine Vorstellung von der niedrigsten Kostenordnung für fertige Einheiten.

(5) Kapazitiv kann in Ihrer Reichweite zum Laufen gebracht werden.

Philips PCF8883 klingt vielversprechend und kostet bei Digikey 1,08 $/2500 oder 2,80 $/1 .

Wenn Sie die Sensorplatten auf Bodenhöhe statt über den Zielen installieren können, sollte die kapazitive Erfassung sehr geeignet sein.

Viele kapazitive Sensorschaltungen mit variablem Wert hier über Google-Bilder

Einige preisgünstige PIR-Sensorkomponenten

Ultraschallsensorpaare Ab 2,90 $/ Paar 1, 2,30 $/100.

Danke für die Vorschläge. Idee 1 ist mehr oder weniger das, was ich als meine führende Option betrachte, nur kann ich eine IR-LED sowohl als Sensor als auch als Detektor verwenden; Ein Modul sendet, während das andere erkennt. Ich möchte jedoch lieber nichts auf Bodenhöhe platzieren und mit Strom versorgen. Ich habe pyroelektrische Sensoren so billig wie 1 US-Dollar bei Aliexpress gesehen, aber sie neigen dazu, zu weitwinkelig zu sein und Schnittstellenschaltungen zu erfordern.

Sie können Licht und Fotowiderstand verwenden, was am billigsten ist. Aber Fotowiderstände sind empfindlich für alle Lichter. Die Idee ist, dass das Licht vom Boden reflektiert und vom ldr gemessen wird. Wenn das Hindernis ist, wird der abgelesene Wert nicht derselbe sein :so Erkennung. Aber ldr ist, wie gesagt, empfindlich, also ist es wichtig, wo es verwendet wird

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