通過(guò)Raspberry Pi和Python使用PIR運(yùn)動(dòng)傳感器

這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。紅外線(xiàn)是一種沒(méi)有特殊設(shè)備的輔助就無(wú)法看到的光線(xiàn)，但是我們可以通過(guò)熱量感受到它的存在。這種光線(xiàn)被稱(chēng)為“紅外線(xiàn)”，是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)超出了可見(jiàn)光譜中的紅色光線(xiàn)邊界。

這引起了設(shè)備制造商的興趣，有一部分原因是人類(lèi)、動(dòng)物和物體會(huì)一直輻射紅外線(xiàn)。

雖然這聽(tīng)起來(lái)很奇怪，但是其實(shí)您應(yīng)該已經(jīng)對(duì)某些類(lèi)似的東西很熟悉了：火，溫度非常高，會(huì)發(fā)出熱量和可見(jiàn)光。

雖然火可以達(dá)到足夠高的溫度來(lái)發(fā)出可見(jiàn)光，但是我們的身體不會(huì)，而且我們所輻射的光—紅外線(xiàn)—人眼是無(wú)法看到的。

如果Raspberry Pi可以利用紅外線(xiàn)來(lái)查看是否有人出現(xiàn)，會(huì)不會(huì)有人覺(jué)得很便利呢？

通過(guò)使用非常便宜、可用、耐用、可靠和經(jīng)濟(jì)的組件，我們可以做到這一點(diǎn)！
這種設(shè)備叫“被動(dòng)紅外運(yùn)動(dòng)傳感器”，通常稱(chēng)為“被動(dòng)紅外傳感器”或者簡(jiǎn)稱(chēng)“PIR傳感器”。

PIR運(yùn)動(dòng)傳感器是如何工作的

PIR運(yùn)動(dòng)傳感器由一對(duì)熱釋電傳感器上的透鏡組成：一種晶體材料，當(dāng)它接收到紅外光時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓。
但是任何含有一定熱量的物體都會(huì)輻射出一些紅外線(xiàn)。這意味著單個(gè)熱釋電傳感器會(huì)一直產(chǎn)生電壓，即使視野中的所有物體都是完全靜止的。
那么如何將它變成一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器呢？這很簡(jiǎn)單，但是很有技巧性。將兩個(gè)熱釋電傳感器進(jìn)行連接，這種連接使得來(lái)自環(huán)境紅外線(xiàn)的信號(hào)可以相互抵消。
當(dāng)足夠大且具有一定溫度的物體在鏡頭前移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)信號(hào)將會(huì)停止相互抵消，傳感器會(huì)報(bào)告有物體在移動(dòng)。

PIR運(yùn)動(dòng)傳感器可能會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)

當(dāng)您將PIR運(yùn)動(dòng)傳感器連接到電源時(shí)，它需要30秒到60秒才能穩(wěn)定下來(lái)。在還沒(méi)有穩(wěn)定的時(shí)候就運(yùn)行可能會(huì)引發(fā)誤報(bào)，這在某些電路中會(huì)很讓人頭疼。在Raspberry Pi項(xiàng)目中，很容易編寫(xiě)出軟件來(lái)讓它在啟動(dòng)后等待片刻再運(yùn)行。
更大的問(wèn)題是由動(dòng)物、昆蟲(chóng)甚至陣風(fēng)所觸發(fā)的傳感器響應(yīng)。
您通?？梢詫⒔M件校準(zhǔn)到更低的敏感度，這樣可以阻止您的小貓或者小狗觸發(fā)警報(bào)。而對(duì)于在傳感器前飛行的昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，這種調(diào)整的作用不大。
但是，不要把這些誤報(bào)看作是一個(gè)破壞者，而是想想如何聰明地處理它們。

在Python中處理PIR運(yùn)動(dòng)傳感器

從可視化編程工具（如Scratch down）到“close-to-the-metal（能夠以編程方式管理操作系統(tǒng)內(nèi)存）”的編程語(yǔ)言（例如C），有很多方法可以將PIR運(yùn)動(dòng)傳感器和Raspberry Pi進(jìn)行連接。
在這里，我們將使用Python 和GPIO Zero庫(kù)，這些庫(kù)已經(jīng)幫我們整理好了大部分的細(xì)節(jié)內(nèi)容。
如果您從來(lái)沒(méi)有寫(xiě)過(guò)Python代碼，可以嘗試學(xué)習(xí)來(lái)自“Automate the Boring Stuff With Python（用Python將枯燥的工作自動(dòng)化）”的一些教程。如果您不打算了解這些內(nèi)容，也可以直接使用下面的代碼，如果您能理解下文代碼中的內(nèi)容，將會(huì)學(xué)到更多的知識(shí)。
本文假設(shè)您對(duì)GPIO 引腳有了基本的了解。如果它對(duì)您來(lái)說(shuō)是全新的知識(shí)，請(qǐng)查看過(guò)去的指南。下面的圖表會(huì)提醒您有哪些相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。

將PIR運(yùn)動(dòng)傳感器連接到Raspberry Pi

為了開(kāi)始構(gòu)建您的Raspberry Pi 運(yùn)動(dòng)傳感器，您將需要：

您還需要一些可以讓您輸入代碼的設(shè)備，例如USB鍵盤(pán)或者SSH連接。

將組件連接到面包板

從背面看這臺(tái)XC-4444，可以看到引腳在底部，這些引腳為：
? 左邊用于5伏電源
? 中間用于數(shù)字輸出
? 右邊用于接地
雖然PIR運(yùn)動(dòng)傳感器往往大同小異，但是不同型號(hào)上的引腳可能順序會(huì)有所不同。如果您不確定的話(huà)，請(qǐng)查看組件規(guī)格。
將Raspberry Pi上的5伏引腳連接到正電源軌，然后將接地引腳連接到負(fù)電源軌。
然后，讓鏡頭背對(duì)您，將運(yùn)動(dòng)傳感器的電源引腳連接到正電源軌，將接地引腳連接到負(fù)電源軌，并將數(shù)字輸出引腳連接到面包板中間的某處。
最后，將該面包板行連接到GPIO引腳，我使用的是引腳13。

將其與GPIO Zero接合

現(xiàn)在是時(shí)候編寫(xiě)一個(gè)快速腳本了。啟用命令提示符，并通過(guò)輸入以下內(nèi)容打開(kāi)文本編輯器：
nano intruderAlarm.py
GPIO Zero已經(jīng)為我們的運(yùn)動(dòng)傳感器創(chuàng)建了一個(gè)類(lèi)，所以我們直接導(dǎo)入這個(gè)類(lèi)，并導(dǎo)入來(lái)自time模塊的sleep函數(shù)。
from time import sleep
from gpiozero import MotionSensor
現(xiàn)在我們編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)，功能為當(dāng)傳感器檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體時(shí)將消息打印到屏幕上。
def detectIntruders():
pir.wait_for_motion()
print(‘Intruder Alert!’)
sleep（5）
sleep指令表示打印完消息后將等待5秒鐘。如果沒(méi)有該指令，我們的腳本將在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)用消息填滿(mǎn)整個(gè)屏幕，這樣的話(huà)就很難了解運(yùn)行狀況了。
如果我們不對(duì)MotionSensor對(duì)象進(jìn)行初始化，那么detectIntruders()函數(shù)將無(wú)法工作，所以讓我們將其設(shè)置為引腳13：
pir = MotionSensor(13)
您能相信到此我們已經(jīng)快要完成了嗎？現(xiàn)在我們只需要一個(gè)循環(huán)程序來(lái)運(yùn)行我們的函數(shù)就可以完成了。
while True:
detectIntruders()
按下Ctrl+O來(lái)保存腳本，然后按下Ctrl+X退出文本編輯器。想要運(yùn)行程序，請(qǐng)輸入：
python3 intruderAlarm.py
現(xiàn)在起身并走過(guò)傳感器，您看到打印的信息了么？
如果不起作用，請(qǐng)檢查所有引腳是否正確連接。PIR運(yùn)動(dòng)傳感器的接地和電源引腳很容易混淆。
如果想要停止腳本的運(yùn)行，請(qǐng)按下Ctrl+C。

校準(zhǔn)PIR運(yùn)動(dòng)傳感器

這款XC-4444有兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：一個(gè)是脈沖長(zhǎng)度，標(biāo)記為T(mén)x，另一個(gè)是靈敏度，標(biāo)記為Sx。
在某些項(xiàng)目中，調(diào)整脈沖長(zhǎng)度可能會(huì)很有用，但是我傾向于保持它的大小，通過(guò)編寫(xiě)代碼來(lái)處理Raspberry Pi對(duì)信號(hào)的響應(yīng)工作。
調(diào)整靈敏度會(huì)更有趣。您可以通過(guò)調(diào)整靈敏度來(lái)決定傳感器需要檢測(cè)出什么程度的運(yùn)動(dòng)才能發(fā)出信號(hào)。
一些PIR運(yùn)動(dòng)傳感器具有更多的控件。對(duì)于一些響應(yīng)特征，比如只要檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)，脈沖就一直維持，或者模塊是否發(fā)處重復(fù)的脈沖，這些傳感器會(huì)有所不同。

PIR運(yùn)動(dòng)傳感器有多種用途

我們剛剛探討的工作原理不僅僅只適用于警報(bào)。
它們還適用于各種家庭中的自動(dòng)化項(xiàng)目：照明、溫度控制、開(kāi)門(mén)，甚至還可以在您下班回家時(shí)為您播放一些專(zhuān)業(yè)的摔跤風(fēng)格的入口音樂(lè)。
如果您想要在某人出現(xiàn)的時(shí)候獲悉消息，這將會(huì)是您的得力助手。