Capteur à infrarouge passif (PIR)

Je vous présente aujourd'hui une option fort intéressante pour détecter l'arrivée d'une personne ou d'un animal:  le capteur à infrarouge passif (souvent appelé capteur "PIR" pour "passive infrared").  Ce genre de capteur est typiquement utilisé dans des systèmes d'alarme, ou encore dans des systèmes d'éclairage qui s'allument automatiquement lorsque quelqu'un entre dans la pièce et qui s'éteignent lorsqu'il n'y a plus personne.

Un capteur PIR peut être branché à un Arduino, un Raspberry Pi ou autre mais, pour certaines applications, il est tout à fait possible de l'utiliser de façon autonome sans le moindre microcontrôleur.  Aujourd'hui, je me limiterai volontairement aux caractéristiques du capteur lui-même, et à quelques applications ne nécessitant pas de microcontrôleur.  L'utilisation d'un capteur PIR avec une carte Arduino a déjà été traitée (il y a 5 ans!), et son utilisation avec un Raspberry Pi ou un STM32 Nucleo seront abordées bientôt, dans des articles distincts.

Les capteurs PIR vendus sur internet sont généralement basés sur le modèle proposé par Adafruit, L'élément caractéristique qui permet de reconnaître ce genre de dispositif au premier coup d'oeil est un petit dôme hémisphérique blanc. Au verso de la carte, on remarque un circuit électronique assez complexe (un circuit intégré spécialisé BISS0001, et une assez grande quantité de résistances et de condensateurs).

Un capteur pyroélectrique se trouve sous le dôme (vous pouvez vérifier:  le dôme est amovible). Ce capteur pyroélectrique détecte le rayonnement infrarouge que vous émettez constamment, que vous le vouliez ou non.

Voilà pourquoi on parle de capteur à infrarouge "passif":  le capteur se contente de détecter le rayonnement infrarouge émis par son environnement.  Les capteurs actifs, quant à eux, vont plutôt émettre un rayonnement pour ensuite capter la partie transmise ou réfléchie de ce rayonnement (exemples de capteurs actifs:  une LED infrarouge couplée à un phototransistor, un télémètre Sharp, etc.).

Si vous vous déplacez dans l'environnement du capteur, il en résultera des variations du rayonnement infrarouge détecté.  Le reste du circuit est conçu pour réagir à ce changement.

Le dôme hémisphérique agit comme une lentille qui aide à rediriger le rayonnement infrarouge vers le capteur.  Ça permet de détecter le mouvement sur une distance allant jusqu'à environ 7 mètres, à l'intérieur d'un cône d'environ 120°.

Les connecteurs

Le module PIR comporte 3 connecteurs:

• GND:  La masse, qu'on branche à la borne négative de la source d'alimentation.
• OUT:  C'est la sortie du capteur.  Sa tension est nulle lorsqu'aucun mouvement n'est détecté, et elle passe à 3,3 V lorsqu'un mouvement est détecté.
• +5V:  À brancher à la borne positive de la source d'alimentation.  5 V est l'idéal.  La présence d'un régulateur de tension sur la carte vous permet d'excéder cette valeur (jusqu'à 12 V en principe).  Vous ne pouvez pas utiliser une alimentation de 3,3 V, toutefois.

On peut voir tout de suite à quel point le capteur sera facile à utiliser avec un microcontrôleur:  une sortie de 5 V est disponible sur pratiquement toutes les cartes (même celles qui utilisent un niveau logique de 3,3 V).  Le signal de sortie de 3,3 V est parfaitement adapté au Raspberry Pi, mais est suffisamment élevé pour être correctement traité par l'Arduino Uno.

Les potentiomètres

Le module comporte également deux potentiomètres:  un pour la sensibilité, l'autre pour la durée.

Le potentiomètre de sensibilité (celui de gauche sur la photo ci-dessus) vous permet de modifier l'ampleur du mouvement qui sera nécessaire pour déclencher la sortie du capteur.  On augmente la sensibilité en tournant le potentiomètre dans le sens horaire.  Lorsque la sensibilité est réglée à un niveau élevé, le capteur est en mesure de détecter des mouvement plus subtils, situés plus loin du capteur (sans excéder 7 m environ), mais le risque de "faux positifs" est plus élevé.

Avec le potentiomètre de durée (celui de droite sur la photo), vous contrôlez le temps pendant lequel le signal de sortie du capteur demeurera élevé suite à la détection du mouvement.  Si votre signal est traité par un microcontrôleur, un signal très court est suffisant (ça permettra à votre capteur de se remettre immédiatement aux aguets, pour la détection d'un prochain mouvement).  Mais si le capteur commande directement un système d'éclairage, vous ne voulez peut-être pas que la lampe s'éteigne aussitôt que vous demeurez immobile pendant quelques secondes... Vous augmentez le temps en tournant le potentiomètre dans le sens horaire (à la position maximale, le signal demeure haut pendant quelques minutes).

Cavalier (jumper)

Juste à côté des potentiomètres, on remarque un groupe de 3 connecteurs, dont deux sont reliés par un cavalier (jumper).

La position par défaut du jumper est celle qui est la plus proche du coin (photo de gauche ci-dessous). Dans cette configuration, le signal de sortie demeure stable suite à la détection d'un mouvement.

Si vous déplacez le jumper de façon à l'éloigner du coin (photo de droite ci-dessous), le signal de sortie sera plutôt une succession rapide de signaux hauts et bas (je n'y vois personnellement aucune utilité).

Une LED, pour explorer

Une bonne façon de vérifier  le fonctionnement correct de votre module PIR est de brancher une LED à sa sortie (avec une résistance de protection, bien entendu).

La LED devrait s'allumer lorsque vous bougez devant le capteur, et s'éteindre si vous demeurez immobile, ou si vous vous éloignez à plus de 7 mètres.  Vous pouvez ajuster les potentiomètres à des positions qui conviennent à vos besoins.

Vous avez des enfants turbulents?  Le jeu de la statue les calmera:  ça consiste à demeurer immobile le plus longtemps possible devant le capteur, sans que la petite lumière s'allume...

Éclairage automatique

J'ai fait quelques tests très concluants pour contrôler une lampe (alimentée par le courant secteur) de façon à ce qu'elle s'allume automatiquement quand j'entre dans la pièce, et qu'elle s'éteigne lorsque la pièce est vide depuis plusieurs secondes.

Pour ce faire, j'ai utilisé la prise de courant secteur munie d'un relais que j'avais fabriquée en 2013.

Lorsque le signal de sortie du capteur PIR est haut, le relais devient conducteur et la lampe s'allume.

Évidemment, les projets impliquant les hautes tensions du réseau électrique résidentiel sont toujours dangereux:  si vous n'êtes pas sûrs de ce que vous faites, ne le faites pas!

Photographie automatique

Comme dernier projet aujourd'hui:  une caméra espion qui prend automatiquement une photo lorsqu'elle détecte une présence. Ce projet est souvent proposé avec un Raspberry Pi et son module camera, mais on peut se débrouiller avec pas mal moins de puissance de calcul...

J'ai utilisé un vieil appareil photo bas de gamme dont le bouton déclencheur a été remplacé par un transistor NPN (en 2014, j'avais trafiqué l'appareil photo de cette façon pour faire du time lapse).

Le collecteur et l'émetteur sont soudés de part et d'autre de l'interrupteur, alors que la base est reliée à la sortie du module PIR (insérer une résistance de 4,7 kΩ entre la base du transistor et la sortie du PIR).

Lorsqu'un intrus entre dans la pièce, la sortie du détecteur à infrarouge devient haute, ce qui rend conductrice la jonction collecteur-émetteur du transistor:  une photo est prise, comme si on avait appuyé sur le bouton.

Yves Pelletier   (Twitter, Facebook)