¿Sensores de proximidad efectivos y baratos para detectar personas?

Estoy construyendo un pequeño dispositivo que se montará en el techo (junto con muchos otros idénticos), mirando hacia abajo. Me gustaría detectar cuando alguien camina debajo de él. Debido a las limitaciones de mi sistema, el sensor debe ser:

  • Barato: todo el dispositivo debe costar alrededor de $ 5, por lo que prefiero no gastar más de $ 1 en el sensor.
  • Compacto: todo el dispositivo tiene un diámetro de aproximadamente 3 cm, por lo que el sensor debe ser significativamente más pequeño que eso.
  • Alcance razonable: cuando alguien está parado debajo del dispositivo, su cabeza puede estar a 50 cm o 1 metro de distancia.

El sensor no necesita ser rápido; unas pocas comprobaciones por segundo deberían ser suficientes.

Los baratos prácticamente descartan los pirómetros 'IR pasivos', y los compactos y baratos descartan los transpondedores ultrasónicos. Probé un detector electrostático, pero si bien hace un gran trabajo al detectar objetos de plástico cargados, no responde en absoluto a una persona parada en un piso de madera.

Hasta ahora, la mejor opción parece ser un LED IR como fotodiodo (probé con un fototransistor real, pero extrañamente obtuve una señal más pobre que el LED). Usando una configuración con un LED que emite IR y otro LED con polarización inversa conectado a una entrada analógica de Arduino, puedo discernir un retorno útil que se refleja en mi mano a una distancia de hasta medio metro. Si bien esto es utilizable, está justo en el borde del rango, y me preocupa que no funcione en el sistema terminado. Tiene la gran ventaja de que puedo poner solo un LED en cada tablero y usar un tablero en modo de detección mientras otro proporciona la iluminación.

¿Alguien puede sugerir una mejor opción para la detección de proximidad o un refinamiento de la opción IR activa para ampliar su alcance?

Visite futurlec.com/PIR_Sensors.shtml para conocer algunos componentes PIR a buen precio.
@Russell Gracias, pero siguen siendo al menos el doble de mi presupuesto por sensor.
Usted dice un presupuesto total de $ 5, ¿qué cubre eso? La electrónica de control del sensor y la PCB pueden costar menos de $1. ¿Qué más hay en cada unidad y qué hacen?
@Russell El PCB (alrededor de $ 1), el microcontrolador (alrededor de $ 2 para un ATTiny45), el LED ($ 0.3 - $ 1 dependiendo de las partes), el cable para conectarlo a dispositivos vecinos (~ $ 1, probablemente menos en cantidades), y misc componentes pasivos ($0.1-ish).
ATTiny45 - Disponible Digikey. $2.20/1. $1.38/25. $1.23/100. Conociendo todas las especificaciones y lo que se requería, probablemente sería posible un procesador más económico. Todo el proyecto, tal como se describe, es casi seguro factible por $ 5 para materiales con hasta $ 2 para sensor (es). ATTiny25 probablemente OK $ 1.89 / $ 1.19 / 1.05 volúmenes como arriba. Hay piezas más baratas que probablemente funcionen para usted. ¿Cuál es la especificación total? ¿Qué volumen?
@Russell Evidentemente, digi-key US es más barato que digi-key.com.au. Es posible que pueda usar el 25, sí, estoy comenzando con el 45 para los prototipos. El volumen depende de si alguien que no sea yo quiere uno. :)
Butm, ¿qué hace en general? ¿Por ejemplo, ondea los LED cuando la gente camina debajo de ellos? ¿Necesita de 2D o haría 1D? etc.
@Russell Eso es más o menos, sí. No estoy seguro de lo que quieres decir con que sea 2D o 1D.

Respuestas (3)

Según su explicación y otra pregunta, parece que está conectando su LED IR directamente a la entrada ADC. No creo que esto funcione demasiado bien a distancia, la entrada ADC probablemente tendrá una impedancia bastante baja que atenuará su señal. Los fotodiodos tienen una impedancia muy grande, por lo que necesita un amplificador de transimpedancia para convertir la corriente en voltaje.
Usaría algo que está diseñado para detectar en lugar de emitir, como un fotodiodo o su fototransistor IR (si no funcionó, probablemente no lo esté usando correctamente), e introdúzcalo en un opamp, luego en el ADC.
En la nota de la aplicación a la que se vincula, hay muchos circuitos de ejemplo, todos los cuales involucran un transistor o amplificador operacional para amplificar/amortiguar la señal. Pruebe uno de estos y vea cómo funciona.

Realmente estoy tratando de reducir la cantidad y el costo de los componentes, y usar el mismo dispositivo alternativamente para detectar y emitir parece una buena manera de hacerlo. No todos los circuitos de muestra involucran un opamp, y los voltajes que veo en el AVR están en un rango que se puede usar sin uno; solo estoy tratando de descubrir qué funciona mejor.
¿Qué circuito de muestra estás mirando? Todos los que puedo ver involucran un transistor o un opamp. Creo que puede ser bastante escamoso sin uno a una distancia razonable, ya que la irradiación será proporcional a la distancia al cuadrado y los 20 Megas utilizados pueden causar problemas. Si está tratando de mantener la cuenta regresiva de los componentes, entonces usaría el fototransistor, debería ser mucho más sensible. Entiendo el deseo de mantener los costos bajos, pero 0,02 dólares por un transistor Jellybean parecería valer la pena para garantizar que las cosas funcionen como deberían.
2A, que en realidad es un 'circuito fundamental', pero como he observado, el rango de voltaje es razonable. La irradiancia será proporcional a la distancia al cuadrado incluso con un amplificador operacional, y creo que la diferencia entre ella y los niveles de fondo puede ser imposible de medir en unos 50 cm de todos modos, pero probaré con un amplificador operacional. Desafortunadamente, un fototransistor IR cuesta más $ 0.5 que $ 0.02.
Mirando la hoja de datos de mi microcontrolador elegido (el ATTiny45), en realidad ya admite una ganancia de 20x en ADC diferencial, por lo que espero poder omitir el amplificador operacional externo, si solo conozco los parámetros correctos para la parte de resistencia del divisor de voltaje, sobre el cual Todavía estoy en la oscuridad, y todavía parece que la experimentación es la única solución real.
Entonces, probé un amplificador operacional con el circuito 6A de la nota de aplicación: con una resistencia de 10M, en realidad era menos sensible que el simple divisor de voltaje de 10M.
Es posible que deba agregar otra etapa de ganancia, pero debería funcionar bastante bien, ¿qué niveles está viendo? Acabo de configurar una prueba con am opamp, IR LED y una resistencia de 10 M (en paralelo con 100 pF para detener la oscilación) ciertamente hubo cambios visibles en el alcance (50 mV o menos) alrededor de 2 m cuando moví mi mano. No hay tiempo para experimentar más en este momento, pero estoy razonablemente seguro de que podría funcionar bastante bien en una etapa ADC de 20x. Asegúrese de sesgar las cosas correctamente (¿está utilizando un suministro dual?)
¿Estabas usando un emisor también? Estoy usando un emisor y tomando la diferencia entre los valores cuando está encendido y cuando está apagado, para eliminar el ruido de fondo. Con esa configuración, solo mostró diferencias notables de hasta unos 50 cm.
En cualquier caso, no fue sustancialmente diferente, por lo que todavía me inclino por usar el divisor de resistencia simple en el ADC 20x, a menos que haya una razón convincente para no hacerlo.
No estoy seguro de lo que quiere decir con el emisor: ¿se refiere a un LED IR con polarización inversa regular para detectar (sí, usé la configuración exacta en 6A) o una fuente como un LED IR con polarización directa (no, simplemente moví la mano a> 1 m) Si funciona bien sin opamp, entonces estoy de acuerdo, úsalo. Solo estoy sugiriendo que una mayor amplificación puede ser útil.
No quiero depender de la luz ambiental, ya que será muy variable, por lo que el plan es usar un LED IR polarizado hacia adelante para iluminar el entorno (modulado) y otro para muestrearlo.

infrarrojos

(1) LED utilizados para lavar el área desde arriba con IR modulado con detectores de IR más baratos que funcionen para usted. (LED, fotodiodo,...)

(2) SI puede proporcionar emisores al nivel del piso mirando hacia arriba, puede usar la interrupción del haz con sensores arriba. Los emisores de infrarrojos pueden ser fácilmente muy poco obvios (el filtro de infrarrojos puede ser negro y opaco a la luz visible). Los emisores deben poder hacerse resistentes a los daños causados ​​por las pisadas.

(3) Emisores de arriba con reflectores a nivel del piso: no es necesario que sean visiblemente reflectantes. Más propensos a sufrir daños que los emisores de bajo nivel.

(4) Alibaba India tiene tableros de sensores IR activos a Rs157 =~~~ $US3. Esta es toda la PCB y el volumen es desconocido. Da una idea del orden inferior del costo de las unidades completadas.

(5) Es posible que se pueda hacer que el capacitivo funcione en su rango.

Philips PCF8883 suena prometedor , con un precio en Digikey de $1.08/2500 o $2.80/1 .

Si puede instalar las placas del sensor al nivel del suelo en lugar de por encima de los objetivos, la detección capacitiva debería ser muy adecuada.

Muchos circuitos de sensores capacitivos de mérito variable aquí a través de imágenes de Google

Algunos componentes del sensor PIR a buen precio

Pares de sensores ultrasónicos Desde $2.90/par 1, $US2.30/100.

Gracias por las sugerencias. La idea 1 es más o menos lo que estoy pensando como mi opción principal, solo que puedo usar un LED IR como sensor y detector; un módulo emite mientras que el otro detecta. Sin embargo, prefiero no requerir colocar y encender nada al nivel del piso. He visto sensores piroeléctricos tan baratos como $ 1 en Aliexpress, pero tienden a ser de ángulo demasiado amplio, además de requerir circuitos de interfaz.

puede usar luz y fotorresistor, que será más barato. Pero los fotorresistores son sensibles a todas las luces. La idea es que la luz sea reflejada por el suelo y medida por el ldr. Si hay un obstáculo, el valor leído no será el mismo. : entonces detección. Pero ldr, como dije, es sensible, por lo que es importante dónde se usa

¿Sensores de proximidad efectivos y baratos para detectar personas?
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