PIR感測器選型及其使用介紹
(一)PIR簡介
PIR感測器(Passive Infrared Sensor),即被動式紅外感測器。它因為功耗低，價格低廉，使用簡單從而被大量使用在門鈴、貓眼、感應開關、小夜燈、安防等消費類產品上。
(1)PIR檢測原理
PIR還有一個別名，就是熱釋電紅外感測器。它的檢測原理是熱釋電效應，也就是物質在溫度變化的時候會產生電荷的現象。正常人體的溫度是在36-37度，釋放出來的紅外輻射大約在9-10um,PIR的檢測波長範圍一般是在5-14um範圍。
也就是在PIR的檢測範圍內，有5-14um 波長的能量變化，就會引起PIR感測器產生電流變化，從而給出觸發訊號。
這裡要注意，PIR檢測的是能量變化，而不是固定波長的紅外輻射，如果一個固定波長的物體在那不動，PIR也是會檢測不到。
(2)PIR的優缺點
PIR的優點：
- 低功耗，一般典型功耗在10uA左右
- 價格低廉，一兩塊到五六塊的都有
- 使用簡單，最簡單的只需要檢測一個引腳電平訊號
PIR的缺點:
- 容易受環境干擾，風吹、陽光、燈光、空調、冰箱、火爐等都可能引起環境能量變化而產生觸發訊號。
- 容易受射頻輻射干擾，PCB走線、器件佈局、高頻訊號影響等
- 運動檢測屬性，檢測範圍內熱源不動或是快速移動，都會檢測不到
(二)PIR分類
PIR 的分類很多，大致可以按下面幾種方式來劃分：
- 輸出訊號型別：數位PIR與模擬PIR
- 靈敏度是否可調：可調PIR與不可調PIR
- 調節靈敏度方式：硬體調節和軟體程式設計調節PIR
- 使能是否可控：可開關PIR
下面我以森霸目前官網公開的PIR型號來舉例介紹：
(1)模擬PIR
官方公開的二十多款PIR型號，模擬訊號輸出的有8款：W222S、W406Q、D203S、H217S、K222S、N133S、W222S、W406Q。剩餘的都是數位訊號輸出。
從軟體開發的角度看，模擬PIR它並不能直接使用，它需要經過數位晶片進行訊號處理之後才能輸出比較穩定可靠的觸發訊號。
(2)數位PIR
數位PIR是指PIR輸出的是數位訊號，常見的有：觸發輸出高電平和觸發輸出序列資料
輸出高電平：簡單理解就是，PIR感測器檢測到熱釋電紅外訊號之後，REL(relay out)輸出一個高電平。這裡不同的PIR廠家給出高電平的持續時間可能會不一樣。
一般在規格書上會有詳細描述REL引腳的電氣特性。比如:
- BS312 的REL的低電平輸出鎖定時間為2S,REL的高電平輸出延時時間是2S,
- BS412 的REL的低電平輸出鎖定時間為2S,REL的高電平輸出延時時間是2S-3600S,
而它單次觸發與連續觸發的高電平輸出時間也是不一樣，可以見下圖官方的介紹：
輸出序列資料：實際是通過單引腳序列輸出16位元的資料，通過輸出資料的大小來判斷當前是否有訊號觸發，並且可判斷當前是否為干擾訊號。
序列資料輸出的型號有 YS312 和 YS312K
優點：
- 觸發直接輸出高電平：訊號處理簡單，可以短時間內判斷是否有觸發(省功耗)
- 輸出序列資料：訊號處理複雜，單個訊號處理複雜，需要定時起來判斷是否有觸發(整體系統功耗大)
缺點：
- 觸發直接輸出高電平：無法知道當前訊號強度，只能根據電平持續時間來判斷，無法設定喚醒靈敏度
- 輸出序列資料：可以根據訊號強度，設定不同靈敏度喚醒裝置
(3)可調靈敏度PIR
從上面PIR數位訊號輸出型別可以知道，如果直接輸出一個高電平，裝置端是無法根據這個訊號來判斷訊號強度，也就是無法設定裝置被喚醒的靈敏度。唯一能做的就是犧牲啟動時間，等待到有持續訊號的時候才喚醒。
這樣處理會面臨一個問題，就是延遲太久，響應速度太慢，很多時候是人走了才響應，或者是直接不響應。
為了解決這個問題，所以有了可調靈敏度的PIR，該類PIR一般至少需要4個引腳，VDD、VSS、REL、還有一個控制腳
可調PIR又分為兩種：硬體調節和軟體可程式化調節
硬體調節BS412， 它有VDD、VSS、ON TIME、REL 四個引腳，它是通過硬體調整輸入到ON TIME引腳的電壓實現輸出電平鎖定時長設定， 可見它的典型應用：
軟體程式設計調節軟體可程式化的PIR，它可以設定的東西就會多很多，比如：RM412，它有VDD、GND、SERIN、DOCI 四個引腳 可以通過SERIN引腳序列輸入資料，設定PIR的不同暫存器，實現不同的功能：
- 運動檢測演演算法模式
- 測試
- ADC 源和濾波器
- 中斷源
- 啟動運動檢測器
- 視窗時間
- 脈衝計數器
- 中斷時間
同時，測試裡面有：
- PIR 電壓測量
- 電源電壓測量
- 溫度測量
優缺點
- 硬體調節方式 成本較低，靈活度較低
- 軟體程式設計調節 成本較高，可靈活實現各種功能
(4)可開關PIR
這個主要是為了節省功耗，比如在超低功耗的時候，可以關閉PIR功能，從而實現省電的目的，一般需要PIR拉一個獨立的引腳出來。比如BS612 型號，它有六個引腳：VDD、VSS、REL、OEN、SENS、ON TIME。
- REL ：輸出電平訊號
- OEN ：使能引腳，可做開關PIR
- SENS : 設定靈敏度
- ON TIME ：設定輸出鎖定時間長度
(三)PIR選型
PIR感測器選型，我們一般需要考慮的基本要求有：電壓範圍、工作電流、需要引腳數量、資料輸出格式、靈敏度是否可調節、結構封裝尺寸，與菲涅爾透鏡匹配性等。
還有一個需要重點考慮的就是成本，在不考慮成本的前提下，其實都無所謂選型不選型，選最好的用就可以了。
而在實際產品開發的時候，特別是消費型別產品上，其實對價格是非常敏感的，基本上所有的老闆都是想用最便宜的器件，偵錯出最好的效果，特別是在出貨量大的產品上。
如果對產品質量要求不高，其實也無所謂，如果對產品質量和效能有嚴格要求，那選型的時候就需要非常慎重了，避免專案到後期才發現達不到要求而重新更換器件。
下表是我根據森霸官網資料整理的不同型號PIR的基本引數，僅供參考：
| 型號 | 視窗尺寸 | 電壓範圍 | 典型電流 | 引腳 | 波長 | 資料輸出格式 | 推薦應用 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BS312 | 3*4mm | 2.2-3.7V | 9.5uA | 3 | 5-14um | 電平輸出 | 感應開關 |
| BS412 | 3*4mm | 2.2-3.7V | 9.5uA | 4 | 5-14um | 電平輸出，電阻調時間 | 感應開關 |
| BS612 | 3*4mm | 2.2-3.7V | 9.5uA | 6 | 5-14um | 電平輸出，電阻調時間 | 感應開關 |
| BX304 | 4*4mm | 2.2-3.7V | 9.5uA | 3 | 5-14um | 電平輸出 | 門鈴 |
| BX404 | 4*4mm | 2.2-3.7V | 9.5uA | 4 | 5-14um | 電平輸出，電阻調時間 | 門鈴 |
| BX604 | 4*4mm | 2.2-3.7V | 9.5uA | 6 | 5-14um | 電平輸出，可開關 | 門鈴 |
| D203S | 3*4mm | 2-15V | 3 | 5-14um | 模擬輸出 | 感應開關 | |
| H217S | 3*4mm | 2-15V | 3 | 5-14um | 模擬輸出 | 感應開關 | |
| K222S | 4*3mm | 2-15V | 3 | 8-14um | 模擬輸出 | 安防 | |
| N133S | 3*4mm | 2-15V | 3 | 5-14um | 模擬輸出 | 小夜燈 | |
| NS312 | 3*4mm | 2.7-3.3V | 12uA | 3 | 5-14um | 電平輸出 | 小夜燈 |
| NS412 | 3*4mm | 2.7-3.3V | 12uA | 4 | 5-14um | 電平輸出，電阻調時間 | 小夜燈 |
| NS612 | 3*4mm | 2.7-3.3V | 12uA | 6 | 5-14um | 電平輸出,可開關 | 小夜燈 |
| RM412 | 4.2*5.2mm | 1.6-5.5V | 8uA | 4 | 5-14um | 電平輸出,可程式化 | 門鈴 |
| RS412 | 3*4mm | 1.6-5.5V | 8uA | 4 | 5-14um | 電平輸出,可程式化 | 門鈴 |
| S22-P330Y | 4*4mm | 2.2-5.5V | 10uA | 3 | 5-14um | 序列輸出 | 門鈴 |
| S22-P340R | 4*4mm | 1.6-5.5V | 8uA | 4 | 5-14um | 序列輸出 | 門鈴 |
| W222S | 4*3mm | 2-15V | 3 | 5-14um | 模擬輸出 | 門鈴 | |
| W406Q | 4.9*4.9mm | 2-15V | 3 | 5-14um | 模擬輸出 | 門鈴 | |
| YS312 | 4*3mm | 2.2-5.5V | 10uA | 3 | 8-14um | 序列輸出 | 安防 |
| YS312K | 4*3mm | 2.2-5.5V | 10uA | 3 | 8-14um | 序列輸出 | 安防 |
(四)結尾
上面介紹的PIR器件型別和資料，來源於森霸官方網站，僅供參考使用，介紹的內容如果有錯誤，歡迎批評指正。
市面上常用的PIR基本上也是這些型別，不同廠家有差異的地方是在器件的一致性、價格、客製化化功能和技術支援服務等方面。比如其它的PIR方案商：鑫永誠、全智芯、蘇州英瑞等等