Arduino 第十六章：PIR 传感器练习
一、引言
在 Arduino 的众多有趣项目中，传感器的应用是非常重要的一部分。今天我们要学习的主角是 PIR（被动红外）传感器。PIR 传感器能够检测人体发出的红外线，常用于安防系统、自动照明等场景。通过本次练习，我们将深入了解 PIR 传感器与 Arduino 的结合使用，学会如何读取传感器数据并根据数据做出相应的反应。
二、所需材料
- Arduino 开发板：推荐使用 Arduino Uno，它是初学者常用且功能丰富的开发板。
- PIR 传感器：常见的如 HC-SR501 型号，这是一款比较容易获取且价格实惠的 PIR 传感器。
- 杜邦线：若干，用于连接 Arduino 开发板和 PIR 传感器。
- LED 灯：一个，用于直观显示 PIR 传感器的检测结果。
- 面包板：方便进行电路连接和布线。
三、PIR 传感器介绍
PIR 传感器的工作原理基于人体发出的红外线。当有人进入传感器的检测范围时，人体发出的红外线会使传感器内部的热释电元件产生变化，从而输出一个电信号。一般来说，PIR 传感器有三个引脚：VCC（电源正极）、GND（接地）和 OUT（信号输出）。
以 HC-SR501 为例，它还具有一些可调节的参数，比如检测灵敏度和延迟时间。通过调节传感器上的电位器，可以改变这些参数以适应不同的使用场景。
四、硬件连接
- 将 PIR 传感器的 VCC 引脚通过杜邦线连接到 Arduino 开发板的 5V 引脚，为传感器提供电源。
- 把 PIR 传感器的 GND 引脚连接到 Arduino 开发板的 GND 引脚，实现接地。
- 将 PIR 传感器的 OUT 引脚连接到 Arduino 开发板的一个数字引脚上，比如数字引脚 2。这样，传感器的输出信号就可以被 Arduino 读取。
- 把 LED 灯的正极通过一个限流电阻（例如 220 欧姆）连接到 Arduino 开发板的数字引脚 13，负极连接到 GND 引脚。限流电阻的作用是防止电流过大损坏 LED 灯。
五、代码编写
打开 Arduino IDE，新建一个项目，输入以下代码：
const int pirPin = 5; // 定义 PIR 传感器连接的引脚为数字引脚 5
const int ledPin = 4; // 定义 LED 灯连接的引脚为数字引脚 4
int pirState = LOW; // 初始化 PIR 传感器状态为低电平
int val = 0; // 用于存储读取到的 PIR 传感器的值
void setup() {
pinMode(pirPin, INPUT); // 将 PIR 传感器引脚设置为输入模式
pinMode(ledPin, OUTPUT); // 将 LED 灯引脚设置为输出模式
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信，波特率为 9600
}
void loop() {
val = digitalRead(pirPin); // 读取 PIR 传感器的值
if (val == HIGH && pirState == LOW) {
// 如果检测到高电平且之前状态为低电平，说明有人进入检测范围
pirState = HIGH;
digitalWrite(ledPin, HIGH); // 点亮 LED 灯
Serial.println("Motion detected!"); // 通过串口打印检测到运动的信息
} else if (val == LOW && pirState == HIGH) {
// 如果检测到低电平且之前状态为高电平，说明人离开检测范围
pirState = LOW;
digitalWrite(ledPin, LOW); // 熄灭 LED 灯
Serial.println("Motion stopped!"); // 通过串口打印运动停止的信息
}
delay(100); // 延迟 100 毫秒，避免频繁检测
}
六、代码解释
- 变量定义：
const int pirPin = 5;：定义 PIR 传感器连接的引脚为数字引脚 2。const int ledPin = 4;：定义 LED 灯连接的引脚为数字引脚 13。int pirState = LOW;：初始化 PIR 传感器的状态为低电平，用于记录传感器的当前状态。int val = 0;：用于存储从 PIR 传感器读取到的值。
setup()函数：pinMode(pirPin, INPUT);：将 PIR 传感器连接的引脚设置为输入模式，以便读取传感器的信号。pinMode(ledPin, OUTPUT);：将 LED 灯连接的引脚设置为输出模式，用于控制 LED 灯的亮灭。Serial.begin(9600);：初始化串口通信，设置波特率为 9600，方便通过串口打印信息。
loop()函数：val = digitalRead(pirPin);：读取 PIR 传感器的值，并将其存储在变量val中。if (val == HIGH && pirState == LOW)：当读取到的传感器值为高电平且之前传感器状态为低电平时，说明有人进入了检测范围。此时将传感器状态更新为高电平（pirState = HIGH;），点亮 LED 灯（digitalWrite(ledPin, HIGH);），并通过串口打印检测到运动的信息（Serial.println("Motion detected!");）。else if (val == LOW && pirState == HIGH)：当读取到的传感器值为低电平且之前传感器状态为高电平时，说明人离开了检测范围。此时将传感器状态更新为低电平（pirState = LOW;），熄灭 LED 灯（digitalWrite(ledPin, LOW);），并通过串口打印运动停止的信息（Serial.println("Motion stopped!");）。delay(100);：添加一个 100 毫秒的延迟，避免频繁检测，减少资源消耗。
七、测试与调试
- 将编写好的代码上传到 Arduino 开发板。
- 确保 PIR 传感器和 LED 灯的连接正确，并且 PIR 传感器的检测范围没有被遮挡。
- 打开 Arduino IDE 的串口监视器，设置波特率为 9600。
- 当有人进入 PIR 传感器的检测范围时，LED 灯应该点亮，并且串口监视器会显示“Motion detected!”的信息；当人离开检测范围时，LED 灯熄灭，串口监视器会显示“Motion stopped!”的信息。
- 如果程序没有按照预期运行，可以检查硬件连接是否正确，代码是否存在语法错误，或者尝试调整 PIR 传感器的灵敏度和延迟时间。
八、拓展应用
- 安防报警系统：将 PIR 传感器与蜂鸣器结合，当检测到有人进入时，不仅点亮 LED 灯，还让蜂鸣器发出警报声，实现简单的安防报警功能。
- 自动照明系统：在一些需要自动控制照明的场景中，如走廊、卫生间等，当 PIR 传感器检测到有人时，自动打开灯光，人离开后一段时间自动关闭灯光，达到节能的目的。
- 智能家居控制：将 PIR 传感器的检测结果与其他智能家居设备（如智能插座、智能窗帘等）集成，实现更智能化的家居控制，比如当检测到有人进入房间时，自动打开空调和窗帘。
通过本次对 PIR 传感器的练习，相信你已经对它的工作原理和在 Arduino 中的应用有了更深入的了解。希望你能够发挥创意，利用 PIR 传感器开发出更多有趣和实用的项目。
