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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

1. 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。
2. 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。
3. 杜邦线：若干，用于连接 Arduino 开发板和 PIR 传感器。
4. LED 灯：一个，用于直观显示 PIR 传感器的检测结果。
5. 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

1. 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。
2. 把 PIR 传感器的 GND 引脚连接到 Arduino 开发板的 GND 引脚，实现接地。
3. 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。
4. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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

1. 将编写好的代码上传到 Arduino 开发板。
2. 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。
3. 打开 Arduino IDE 的串口监视器，设置波特率为 9600。
4. 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。
5. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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。