PIR mozgásérzékelő használata, vezeték nélküli mozgásérzékelő építése ESPHome-al

A mozgásérzékelők az okosotthonok egyik legegyszerűbb, mégis leghasznosabb alkatrészei. Segítségükkel automatikusan kapcsolhatunk világítást, érzékelhetjük egy helyiség használatát, vagy akár biztonsági értesítéseket is létrehozhatunk.
Szerző: HESTORE Hungary Kft. / Ecker János

A PIR (Passive Infrared) érzékelők különösen népszerűek, mivel olcsók, alacsony fogyasztásúak és könnyen illeszthetők mikrokontrollerekhez.

Ebben a projektben egy ESP32 és egy HC-SR501 PIR mozgásérzékelő segítségével WiFi-hálózatra kapcsolódó mozgásfigyelőt építünk. Az ESPHome rendszernek köszönhetően a mozgás állapota közvetlenül megjeleníthető a Home Assistant felületén, és automatizálásokhoz is felhasználható.

Mit fogunk megvalósítani?

A projekt egy egyszerűen összeállítható, intelligens mozgásérzékelő lesz, amely a következő funkciókat biztosítja:

• Mozgásérzékelés: Emberi vagy állati mozgás észlelése a PIR érzékelő látóterében
• WiFi-kapcsolat: Az ESP32 vezeték nélkül továbbítja az érzékelési állapotot
• Home Assistant integráció: A mozgásérzékelő állapota valós időben megjelenik az okosotthon rendszerében
• Állítható érzékenység: Az érzékelési távolság és a kimeneti jel időtartama a modulon található potenciométerekkel szabályozható
• Automatizálási lehetőségek: Mozgásra kapcsolódó világítás, értesítések vagy más okosotthon-funkciók készíthetők

Hogyan működik a PIR mozgásérzékelő?

A PIR érzékelők a környezet infravörös sugárzásának változásait figyelik. Minden tárgy bocsát ki infravörös sugárzást, amelynek intenzitása többek között a hőmérsékletétől függ.

A PIR érzékelő belsejében két érzékeny terület található. Amikor egy melegebb test, például egy ember áthalad az érzékelési tartományon, megváltozik a két terület által érzékelt infravörös sugárzás különbsége. Az elektronika ezt a változást először felerősíti, majd digitális jellé alakítja.

Az érzékelő előtt található jellegzetes fehér, félgömb alakú burkolat egy Fresnel-lencse (ejts: Frenel (francia, Augustin-Jean Fresnel)), amely több érzékelési zónára osztja a megfigyelt területet. Ez növeli a mozgás felismerésének hatékonyságát, mivel a kisebb mozgást felnagyítja, ráadásul a lencse tagoltsága miatt a mozgás többször - különböző módon is rávetül a két érzékelő zónára, javítva ezzel az érzékelést.

A HC-SR501 modul jellemző érzékelési távolsága megfelelő körülmények között körülbelül 3–7 méter, látószöge pedig nagyjából 120°. Ezek az értékek a beállításoktól és a környezettől is függnek.

A PIR érzékelők egyik fontos tulajdonsága, hogy elsősorban az érzékelési zónák között mozgó hőforrásokat képesek felismerni. Ezért a mozgás érzékelése általában akkor a leghatékonyabb, ha valaki keresztirányban halad el az érzékelő előtt, nem pedig közvetlenül felé közeledik. Az érzékelés pontosságát a környezeti tényezők is befolyásolják: a közvetlen napsugárzás, a fűtőtestek vagy a hirtelen hőmérséklet-változások téves jelzéseket okozhatnak. A megfelelő elhelyezéssel és az érzékenység beállításával jelentősen javíthatjuk a mozgásérzékelés megbízhatóságát.

Megjegyzés

A PIR érzékelő nem méri a személyek számát vagy pontos távolságát, és a mozdulatlan személy jelenlétét sem képes megbízhatóan kimutatni. Elsősorban a hősugárzás változásával járó mozgások felismerésére alkalmas.

A Fresnel-lencse szerepe a PIR mozgásérzékelőkben

A PIR mozgásérzékelők működésében kiemelt szerepet játszik az érzékelő előtt elhelyezett optikai lencse. Bár a különböző PIR modulok elektronikája és érzékelési elve nagyrészt hasonló, a lencse kialakítása jelentősen befolyásolja az érzékelési távolságot, a látószöget és a mozgásérzékelés hatékonyságát.

Egyszerű lencse nélkül az érzékelő csupán néhány szűk területet figyelne, ezért a nagyobb lefedettség érdekében úgynevezett Fresnel-lencsét alkalmaznak. Ez egy vékony, könnyű, műanyagból előállítható optikai elem, amely a hagyományos, vastag lencsékkel ellentétben koncentrikus vagy szegmentált felületekből épül fel. Feladata, hogy a szélesebb területről érkező infravörös sugárzást az érzékelő aktív felületeire irányítsa.

A PIR modulok jellegzetes fehér, félgömb alakú burkolata valójában több apró Fresnel-lencseszegmensből áll, amelyek különböző irányokból gyűjtik össze a hősugárzást. Ennek eredményeként az érzékelő több, egymástól elkülönülő érzékelési zónát képes megfigyelni, így hatékonyabban észleli a látóterén áthaladó emberek vagy állatok mozgását. A lencse kialakításának módosításával ugyanaz az érzékelőelektronika különböző látószögű és érzékelési karakterisztikájú alkalmazásokhoz is felhasználható.

Szükséges alkatrészek

A HESTORE kínálatában elérhető modulokból egyszerűen összeállítható a rendszer.

Alkatrész	Mennyiség	Feladat	Kosár
ESP32 fejlesztőpanel	1 db	WiFi-kommunikáció és vezérlés	ESP32-S3-Zero 100.469.07 1+: 2 356 Ft
HC-SR501 PIR mozgásérzékelő	1 db	Mozgás érzékelése	HC-SR501 100.355.33 1+: 549 Ft
Dupont csatlakozóvezeték	1 db	Elektromos összeköttetések	RC-40-20/MF 100.357.20 1+: 928 Ft
USB-adatkábel	1 db	Programozás és tápellátás	USB-C-1M-BK 100.481.07 1+: 691 Ft
5 V-os USB-tápegység, legalább 1 A	1 db	Folyamatos működtetés	KS 5V/2A/USB 100.383.25 1+: 1 450 Ft

A PIR érzékelő csatlakoztatása

A HC-SR501 modul három csatlakozással rendelkezik: tápfeszültség (VCC), föld (GND) és digitális kimenet (OUT).

Az érzékelőt az ESP32 GPIO6 bemenetéhez csatlakoztassuk.

Megjegyzés

A HC-SR501 modul tipikusan 5 V-os tápellátással használható, miközben a digitális kimenete általában 3,3 V körüli jelet szolgáltat, mert a PIR szenzoron egy beépített 3,3V-os stabilizátor található. Az ESP32 GPIO-bemenetei nem 5 V-tűrők! A lábkiosztás modulváltozatonként eltérhet. ESP-re rákötés előtt mérjük meg multiméterrel az aktív kimeneti feszültség szintet.

Az érzékenység és az időzítés beállítása

A HC-SR501 hátoldalán két potenciométer található.

Érzékenység (Sensitivity): Ezzel az érzékelési távolságot szabályozhatjuk. Nagyobb érzékenység esetén távolabbi mozgások is érzékelhetők, ugyanakkor növekedhet a téves jelzések valószínűsége.

Időzítés (Time Delay): Meghatározza, hogy a modul mennyi ideig tartsa aktív állapotban a kimenetét a mozgás észlelése után. A beállítható tartomány a modul kivitelétől függ.

A legtöbb HC-SR501 modulon egy H/L jelölésű jumper is található:

• H állás: Újabb mozgás esetén az aktív időzítés újraindul.
• L állás: Az érzékelő nem indítja újra az aktuális kimeneti impulzust további mozgás hatására.

Okosotthon-alkalmazásokhoz általában a H beállítás használata célszerű (ez az alap állapot, mindennemű módosítás nélkül).

Megjegyzés

Bekapcsolás után a PIR érzékelőnek jellemzően 30–60 másodperces stabilizálódási időre van szüksége. Ezalatt előfordulhatnak téves mozgásjelzések. Az érzékelőt ne irányítsuk közvetlenül radiátorra, légkondicionálóra vagy erős napsütésnek kitett felületre.

ESPHome konfiguráció

Az ESPHome segítségével néhány soros YAML konfigurációval létrehozhatjuk a WiFi-kapcsolattal rendelkező mozgásérzékelőt.

A Home Assistant ESPHome Device Builder felületén hozzunk létre egy új ESP32-eszközt, majd használjuk az alábbi konfigurációt mintának.

Célszerű az ESPHome által generált kód nagyrészét megtartani, cikkben lévő minta kódot pedig útmutatónak használjuk, mert az ESPHome új projekt indításakor saját egyedi kulcsokat generál, így célszerű azt megtartani.

YAMLMásolás
# HESTORE.hu - WiFi PIR mozgásérzékelő

esphome:
  name: pir-hestore
  friendly_name: PIR mozgásérzékelő

esp32:
  variant: esp32s3
  framework:
    type: esp-idf

logger:

api:
  encryption:
    key: !secret pir_api_key

ota:
  - platform: esphome
    password: !secret pir_ota_password

wifi:
  ssid: !secret wifi_ssid
  password: !secret wifi_password

  ap:
    ssid: "PIR-HESTORE-Fallback"
    password: "PIR-HESTORE-Fallback-JELSZO"

captive_portal:

binary_sensor:
  - platform: gpio
    pin:
      number: GPIO6
      mode: INPUT
    name: "Mozgás"
    device_class: motion
    filters:
      - delayed_off: 2s

A konfigurációban a binary_sensor komponens figyeli a GPIO6 bemenet állapotát. Amikor a PIR modul mozgást érzékel, a kimenete magas logikai szintre vált, amit az ESPHome mozgásként továbbít a Home Assistant rendszernek.

A device_class: motion beállítás gondoskodik arról, hogy az entitás mozgásérzékelőként jelenjen meg. A delayed_off: 2s szűrő két másodperccel késlelteti az inaktív állapot továbbítását, csökkentve a rövid jelkimaradások hatását.

A secrets.yaml fájlban adjuk meg a WiFi-adatokat, valamint a generált API-titkosítási kulcsot és OTA-jelszót. A tartalék WiFi-hozzáférési pont jelszavát éles használat előtt cseréljük egyedi, erős jelszóra.

A konfiguráció feltöltése után az ESP32 csatlakozik a hálózathoz, és a Home Assistant automatikusan felajánlhatja az új eszköz integrálását.

Mozgásvezérelt világítás Home Assistantban

A mozgásérzékelő állapotát automatizálásokhoz is felhasználhatjuk. Például kapcsoljuk fel a folyosó világítását mozgás esetén, majd kapcsoljuk le, ha két percig nem észlelünk mozgást.

YAMLMásolás
# HESTORE - Mozgásvezérelt világítás

alias: Folyosó mozgásvezérelt világítás
description: Világítás automatikus vezérlése
triggers:
  - trigger: state
    entity_id: binary_sensor.mozgas
    to: "on"
    id: motion

  - trigger: state
    entity_id: binary_sensor.mozgas
    to: "off"
    for: "00:02:00"
    id: no_motion

actions:
  - choose:
      - conditions:
          - condition: trigger
            id: motion
        sequence:
          - action: light.turn_on
            target:
              entity_id: light.folyoso

      - conditions:
          - condition: trigger
            id: no_motion
        sequence:
          - action: light.turn_off
            target:
              entity_id: light.folyoso

mode: restart

Az automatizálás a mozgásérzékelő állapotváltozásait figyeli. Mozgás észlelésekor felkapcsolja a világítást, két perc folyamatos inaktivitás után pedig lekapcsolja.

Az entitásazonosítókat igazítsuk a Home Assistant rendszerben ténylegesen létrehozott mozgásérzékelőhöz és világításhoz.

Összegzés – egyszerű érzékelőből intelligens otthon

Egy PIR érzékelő és egy ESP32 fejlesztőpanel segítségével gyorsan létrehozhatunk egy megbízható, vezeték nélküli mozgásfigyelő rendszert. A projekt kiváló belépő az ESPHome világába, miközben valóban hasznos okosotthon-funkciót valósít meg.

A HESTORE kínálatából összeállított rendszer később további érzékelőkkel, fényerőméréssel vagy akár több helyiséget lefedő mozgásfigyeléssel is bővíthető.

Egyetlen egyszerű szenzorral elindulhatunk az automatizált világítás, az energiatakarékos otthon és az intelligens biztonsági megoldások felé!