ระบบตรวจจับการเคลื่อนไหวอัจฉริยะด้วยเซ็นเซอร์ PIR และ Arduino

ในยุคที่ระบบความปลอดภัยเป็นเรื่องสำคัญ การสร้างระบบแจ้งเตือนพื้นฐานด้วยตัวเองนอกจากจะช่วยประหยัดเงินแล้ว ยังเป็นพื้นฐานชั้นดีสำหรับการเรียนรู้ Embedded Systems อีกด้วย โปรเจคนี้จะพาน้องๆ มาสร้างเครื่องตรวจจับการเคลื่อนไหวด้วยเซ็นเซอร์ PIR (Passive Infrared) ร่วมกับบอร์ด Arduino เพื่อให้ไฟ LED และออด Buzzer ตอบสนองเมื่อมีผู้บุกรุก

การต่อวงจร

การประกอบวงจรนี้ง่ายมากๆ จัดไปวัยรุ่น แบ่งเป็น 3 ส่วนหลักตามนี้เลย

1). ต่อ PIR กับ Arduino

• ต่อขา Vcc ของ PIR เข้ากับ 5V บน Arduino
• ต่อขา GND ของ PIR เข้ากับ GND บน Arduino
• ต่อขา OUTPUT ของ PIR เข้ากับ Digital pin D3 บน Arduino

2). ต่อ Buzzer กับ Arduino

• ต่อขาหนึ่งของออด Buzzer เข้ากับ digital pin D8 บน Arduino
• ต่อขาอีกข้างของออด Buzzer เข้ากับ GND บน Arduino

3). ต่อ LED กับ Arduino

• ต่อขาบวก (Anode) ของ LED เข้ากับ Digital pin D13 บน Arduino ผ่านตัวต้านทาน (Resistor) นะน้อง ห้ามช็อตนะตัวนี้
• ต่อขาลบ (Cathode) ของ LED เข้ากับ GND บน Arduino

หลักการทำงาน

เซ็นเซอร์ PIR เป็นเซ็นเซอร์ชนิดพิเศษที่มักใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านความปลอดภัย มันตรวจจับวัตถุโดยการอ่านรังสีอินฟราเรดที่วัตถุนั้นปล่อยออกมา วัตถุใดๆ ก็ตามที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (Absolute Zero) จะปล่อยรังสีออกมาเสมอ รังสีนี้มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และเซ็นเซอร์ PIR ก็ถูกออกแบบมาเพื่อตรวจจับรังสีอินฟราเรดนี้เอง

ตามหลักฟิสิกส์แล้ว วัตถุทุกชิ้นที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยรังสีความร้อนออกมาตลอดเวลา แม้มนุษย์เราจะมองไม่เห็น แต่เซ็นเซอร์ PIR ออกแบบมาเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของรังสีเหล่านี้ โดยเฉพาะเมื่อมีสิ่งมีชีวิตเคลื่อนที่ผ่านเลนส์เฟรสเนล (Fresnel lens) ของมัน

วิเคราะห์ลอจิกของซอร์สโค้ด

โปรแกรมจะทำงานในรูปแบบ "State Monitoring" หรือการเฝ้าตรวจสอบสถานะ มีขั้นตอนดังนี้:

1. ตั้งค่าเริ่มต้น (Initialization): กำหนดให้ขา D3 เป็นโหมด INPUT เพื่อรับสถานะจาก PIR และกำหนดให้ขา D8, D13 เป็นโหมด OUTPUT
2. ลูปตรวจจับ (Detection Loop): Arduino จะใช้คำสั่ง digitalRead(3) เพื่อตรวจสอบสถานะ
   • ถ้าตรวจพบการเคลื่อนไหว: PIR จะส่งสัญญาณ HIGH (5V) มาที่ขา D3 โปรแกรมจะเข้าเงื่อนไขเพื่อสั่ง digitalWrite(13, HIGH) และสั่งให้เกิดเสียงผ่านออด Buzzer ที่ขา D8
   • ถ้าไม่พบการเคลื่อนไหว: PIR จะส่งสัญญาณ LOW (0V) โปรแกรมจะสั่งปิดไฟและเสียงทันที

สู้งานนะน้อง! ลองประกอบดู แล้วจะรู้ว่ามันไม่ได้ยากอย่างที่คิด

ปรับแต่งโหมดการทำงานของ PIR

เซ็นเซอร์ PIR เนี่ยมีสองโหมดจ้า น้องสามารถสลับโหมดได้ด้วยการย้ายจัมเปอร์ที่ด้านหลังเซ็นเซอร์ ตามรูปด้านล่างเลย

a). โหมดตรวจจับครั้งเดียว (Single trigger mode) โหมดนี้เวลาเซ็นเซอร์จับการเคลื่อนไหวได้ สัญญาณ Output จะเปลี่ยนเป็น HIGH ค้างไว้ตามเวลาที่เราตั้งไว้ (delay time) แล้วก็จะเปลี่ยนเป็น LOW ทันที แม้ว่าวัตถุจะยังขยับอยู่ก็ตาม

b). โหมดตรวจจับซ้ำได้ (Repeatable trigger mode) โหมดนี้แนะนำให้ใช้กับงานระบบรักษาความปลอดภัย สัญญาณ Output จะเป็น HIGH ตราบใดที่เซ็นเซอร์ยังตรวจจับการเคลื่อนไหวได้ต่อเนื่อง มันจะเริ่มนับถอยหลังเพื่อเปลี่ยนเป็น LOW ก็ต่อเมื่อวัตถุหยุดเคลื่อนไหวหรือออกจากระยะตรวจจับแล้วเท่านั้น

เมื่อทุกอย่างพร้อม

หลังจากต่อวงจรและอัปโหลดโค้ดเสร็จ ระบบก็พร้อมทำงานทันที (อาจต้องรอให้ PIR ปรับตัวกับสภาพแวดล้อมหรือทำ Calibration สัก 30-60 วินาทีนะ) พอมีใครเดินเข้ามาในระยะตรวจจับ ไฟ LED ก็จะติด พร้อมกับเสียงเตือนจากบัซเซอร์