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2019/10/05

[2019鐵人賽] - 21.筆記IoT初練習看- 偵測一個Move！Hold住你的動作 - Johnny Five 之 Motion 動作感測器

  10/05/2019    

tags: iT邦幫忙鐵人賽、2019

[Day 21]用JS控制Arduino吧！偵測一個Move！Hold住你的動作 - Johnny Five 之 Motion 動作感測器

Sensor 篇第三彈！今天要介紹的是
PIR Sensor - Passive Infrared Sensor
無源紅外線感測器，
世面上有個通俗的名字叫 -「人體感測器」
但其實他不只可以感測人體，還可以感測動物等～
本魯：我是覺得它叫「動作感測器」會比較好啦～ ( •́ _ •̀)？

PIR Sensor 介紹

而 PIR Sensor 模組為「熱釋電傳感器（Pyroelectric sensor）」和「菲涅耳透鏡（Frenzel Lens）」所組成。
本魯的 PIR Sensor -
白色的鏡頭蓋為菲涅耳透鏡（Frenzel Lens）
在透鏡裡頭的 Sensor 就是 熱釋電傳感器（Pyroelectric sensor）

工作原理

世界上所有的物體都會發出熱能又稱「遠紅外線 - (Far Infrared，縮寫FIR)」
遠紅外線為不可見光，當中生物體可以以「熱」的形式感受存在。
因為人或動物（下簡稱目標物）都會發出熱能，
當目標物進入傳感器範圍，所發出的熱能會以紅外線的形式散發出來，
傳感器檢測到熱能與環境的溫度差，便開始輸出電位訊號，檢測目標物是否有運動的事件發生。
PIR 的全名為 Passive infrared sensor
其中 passive 術語名稱叫「無源」，又有被動的意思；

有源傳感器？無源傳感器？

斯斯有兩種，傳感器也有分兩種～
從工作原理來看，****
有源傳感器自身會輸出能量來檢測被測對象，
無源傳感器則不會發出任何的能量，靠的是透過接收被測物發出的能量來檢測；
PIR Sensor 就是透過接收人、動物發出來的熱能，因此「passive」便是這個意思～
( ￣□￣) /    <(￣ㄧ￣ ) <(￣ㄧ￣ )

模組上的圓形塑膠蓋 - 「菲涅耳透鏡」

可以觀察模組上有一個白色的圓形塑膠物，那個是「菲涅耳透鏡」，
主要用來將外在的紅外線信號聚焦到熱釋電傳感器。

PIR 模組的結構

PIR 模組有兩個可變電阻，一個用來調整傳感器的靈敏度，另外一個用來調整延時時間
  • 靈敏度 (Sensitivity) - 有關觸發的距離
  • 延時時間 (Delay time) - 和觸發模式有關係

PIR 模組的兩種觸發模式

PIR 模組有兩種觸發的模式，
  • repeat-mode 可重複觸發模式
    Sensor 觸發輸出 high 訊號後，在延時時間內，
    如果有目標物在感應範圍內活動，會一直保持 high 訊號，
    直到目標物動作停止 Sensor 不再觸發，開始再算一次延時時間，延時時間結束訊號才會從 high 到 low。
  • non-repeat-mode 不可重複觸發模式
    即感應輸出 high 訊號後，會持續一段時間，
    這段期間內不會有進行任何偵測觸發的動作，時間結束後訊號自動從 high 到 low ；
PIR Sensor的模組後面有三個隻 Pin 腳，我們可以用跳線（Jumper）選擇觸發模式。

截圖自 - Youtube - How PIR Sensor Works and How To Use It with Arduino
相關連結：
本魯宅：痾…這個Sensor有點複雜…找了好多資料啊…(●▼●; )
原來這麼小小的一個感測器原理這麼複雜，好險電路方面很簡單…

硬體部分 - PIR 電路

電路方面

由於已經模組化，接線部分就只有3隻Pin腳分別是
  • VCC
  • Output
  • GND
PIR Sensor 的輸出腳選擇數位接腳即可。
介紹完後，我們開始來實作吧～
準備需要的東西有～ヽ(・×・´)ゞ

硬體方面

  • Arduino Uno 一片 + USB TypeB 線材一條 (標配~
  • PIR Sensor
  • 杜邦線 看你用幾條準備幾條

軟體部分

Johnny Five - Motion
http://johnny-five.io/examples/motion/
GO～ GO～( • ̀ω•́ )

使用寫法－範例

要使用 PIR Sensor 的話，需要呼叫 Johnny-Five 的 Motion 物件，
物件參數 pin 填連接 Arduino 的數位腳。

var motion = new five.Motion({
  pin: 7,
  // controller:XXX //  選填
});
如果使用特殊型號的 Sensor，controller則填寫如 Controller Alias Table 相對應的字串。
Johnny-Five 的 Motion 物件如果參數只有 pin 腳的話，則也可以簡寫成

new five.Motion(7);

Events

Johnny-Five Motion Events
http://johnny-five.io/api/motion/#events
event 除了有介紹過的 change 和 data，還多了
  • calibrated
    校準事件，當傳感器準備好在可觀察範圍內檢測運動時，將觸發 calibrated 事件。
  • motionstart
    運動開始事件，當在可觀察範圍內目標物發生運動時，觸發 motionstart 事件。
  • motionend
    停止運動事件，當在可觀察範圍內目標物停止運動時，觸發 motionend 事件。

實作 -

這邊要注意的是 calibrated 事件
當程式執行 board ready 後，傳感器會處於校準狀態；
主要因為熱釋電傳感器物理性特徵的關係，
因為傳感器需要幾秒的時間來預熱，才能開始感測接收目標物散發出的紅外線。
var five = require('johnny-five');
var board = new five.Board();

board.on('ready', function() {
  var motion = new five.Motion({
    pin: '7',
    freq: 250,
  });

  // 開始時 Sensor 會處於校準狀態，最一開始的偵測到動作即觸發 calibrated 事件
  // calibrated 事件只會發生一次。
  motion.on('calibrated', function() {
    console.log('calibrated');
  });

  // 在calibrated 事件結束後，
  // 當在可觀察範圍內目標物發生運動時，觸發`motionstart`事件。
  motion.on('motionstart', function() {
    console.log('motionstart');
  });

  // 如果若干X毫秒內未發生移動時，
  // 將在`motionstart`事件之後觸發`motionend`事件
  motion.on('motionend', function() {
    console.log('motionend');
  });
});

可以看到執行程式，當 board on ready 後，初始化觸發 calibrated 事件，直到觸發 motionstart 事件後，calibrated 事件就不會在觸發了！
一個完整的觸發事件當
motionstart 事件開始 → 經過一段時間後 → 觸發motionend → 結束。

(欸～有貓亂入？)
PIR Sensor 就介紹到這囉～
今天講到這邊了～感謝收看～(๑´ㅂ`๑)

文後

今天去抓寶可夢走的好累…Orz
本系列的程式碼皆會上傳到 GitHub 上開源
2019ironman-JS-IoT :
https://github.com/tinatyc/2019ironman-JS-IoT
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