人体感应传感器（PIR）

被动红外 · 数字开关量输出 · 移动人体检测

一、理论基础

1.1 传感器概述

PIR（Passive Infrared，被动红外）传感器是一种能检测人体发出的红外辐射的传感器。它本身不发射任何信号，而是被动地接收环境中的红外辐射变化。当有移动的人体进入检测区域时，人体发出的红外辐射（波长约 9~10μm）引起传感器接收的红外能量变化，经信号处理后输出检测信号。

PIR 传感器广泛应用于安防报警、自动照明、人体存在检测等场景。

1.2 关键特性

参数	规格
检测原理	被动红外（热释电效应）
检测距离	3 ~ 7 m（典型）
检测角度	约 120°（锥形）
输出类型	数字开关量（高电平 = 检测到人体）
输出高电平	3.3V（TTL 电平）
延迟时间	可调（几秒到几分钟）
触发方式	不可重复触发 / 可重复触发（可选）
供电	5 ~ 20V（模块板载稳压）

1.3 工作原理

热释电效应：某些晶体材料（如钽酸锂、锆钛酸铅）在温度变化时，表面会产生电荷，这一现象称为热释电效应。PIR 传感器的核心就是热释电元件，它能将红外辐射的变化转化为电信号。

菲涅尔透镜：PIR 传感器前方通常配有菲涅尔透镜，它将检测区域分割成多个明暗相间的视区，当人体移动时，会交替进入不同视区，使传感器接收到的红外辐射产生周期性变化，从而提高检测灵敏度和范围。

信号处理：热释电元件输出的信号非常微弱，模块内部集成了信号处理芯片（如 BISS0001），进行放大、滤波、比较后输出数字信号。

1.4 典型应用

• 安防报警系统（入侵检测）
• 自动照明（走廊、卫生间、楼道灯）
• 智能开关（人来灯亮，人走灯灭）
• 人体存在检测（会议室、教室）
• 自动门、感应水龙头
• 野生动物监测

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二、实验实例：PIR 人体感应采集

2.1 实验目的

1. 掌握人体感应传感器的操作方法
2. 掌握人体感应传感器采集程序的编程方法

2.2 实验内容

在 IAR 集成开发环境中编写人体感应传感器采集程序，检测 PIR 输出状态并驱动 LED 指示。

2.3 预备知识

1. 了解 C 语言的基本知识
2. 了解 IAR 中编写和调试程序的方法
3. 了解 GPIO 输入和外部中断的基本原理

2.4 实验设备

• 硬件：WSN-V 教学实验箱（带传感器扩展板）、PC 机
• 软件：Windows + IAR EW for 8051

2.5 接口电路

PIR 传感器输出数字信号，经三极管驱动 LED 指示，同时输出到 CC2530 的 I/O 口进行检测。

电路说明：

• M4 为 PIR 人体感应模块（VDD/OUT/GND 三线）
• OUT 经 R13（10K）接三极管 Q1（2N5551）基极
• Q1 集电极驱动红色 LED D1（R9 2K 限流），同时经 R15（10K）接 P0.5
• P0.5 为 CC2530 IO 输入，检测 PIR 状态
• 检测到人体时 OUT 高电平 → Q1 导通 → LED 亮，P0.5 检测到电平变化

2.6 关键函数

void Sensor_PIN_INT(void)：对相应的 I/O 口进行配置（P0.5 设为输入）。

GPIO 输入检测：通过读取 P0_5 寄存器的值判断是否检测到人体（1 = 检测到，0 = 未检测到）。也可配置为外部中断方式，在人体进入时触发中断。

2.7 实验步骤

1. 连接好仿真器及传感器扩展板
2. 新建工程 PIR，添加相应文件并修改工程设置
3. 创建 PIR.c 并加入到工程中
4. 编写 PIR 检测函数，循环读取 P0.5 状态，检测到人体时点亮 LED 并通过串口输出提示
5. 编译下载运行，在传感器前方挥手或走动，观察 LED 亮灭和串口输出

2.8 实验现象

• 当有人在 PIR 传感器检测范围内移动时，红色 LED 点亮，串口输出"检测到人体"
• 当人离开或静止不动超过延迟时间后，LED 熄灭，串口输出"无人"
• 调节模块上的电位器可调整检测灵敏度和延迟时间

知识点

PIR 传感器只能检测移动的人体，对静止的人体不敏感（因为静止时红外辐射无变化）。这是 PIR 的固有特性，在需要"人体存在检测"（包括静止）的场景，需要配合毫米波雷达、超声波或摄像头等其他传感器。PIR 的优势是功耗极低、成本低、不受可见光干扰，适合电池供电的安防场景。

内容来源：《WSN-V 物联网综合教学实验指导书》第 7 章·7.9 人体感应传感器采集实验，结合课程教学经验整理。

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