Sensore di movimento PIR (HC-SR501): rilevare il movimento con Arduino, ESP32 e Pico

Un sensore PIR (Passive InfraRed, infrarosso passivo) è un sensore economico e a bassissimo consumo che rileva quando una persona o un animale si muove nel suo campo visivo. Le luci delle scale che si accendono da sole, gli antifurti e i campanelli automatici funzionano quasi sempre con un PIR. La parola "passivo" significa che il sensore non emette nulla: si limita ad "ascoltare" la radiazione infrarossa emessa dai corpi caldi intorno a lui. Il modello più usato nei progetti Arduino è l'HC-SR501.

Come funziona un sensore PIR?

Ogni corpo con una temperatura superiore allo zero assoluto emette radiazione infrarossa, e il corpo umano emette soprattutto a una lunghezza d'onda di 9–10 micrometri. Il cuore del sensore è un elemento piroelettrico sensibile a questa radiazione, diviso in due metà. Quando non si muove nulla, le due metà ricevono la stessa radiazione, i loro segnali si annullano e l'uscita resta tranquilla. Quando qualcuno attraversa il campo visivo, prima una metà e poi l'altra ricevono più radiazione; il circuito del modulo rileva questa differenza e il pin OUT va a HIGH.

La cupola bianca in alto è una lente di Fresnel. Divide il campo visivo in decine di piccole zone e concentra la radiazione di ciascuna sull'elemento. Quando una persona passa da una zona all'altra, il segnale cambia: per questo un sensore PIR rileva benissimo il movimento ma non una persona perfettamente ferma.

Caratteristiche tecniche dell'HC-SR501

Le regolazioni del modulo

• Trimmer Sx (sensibilità): regola la portata. Girandolo in senso orario passa da circa 3 a 7 metri.
• Trimmer Tx (tempo): regola per quanto tempo l'uscita resta HIGH dopo un rilevamento. In senso orario il tempo si allunga.
• Ponticello H (ripetibile): finché il movimento continua, il tempo riparte ogni volta; ideale per comandare le luci.
• Ponticello L (singolo): allo scadere del tempo l'uscita torna LOW anche se il movimento continua; serve poi una nuova attivazione.
• Tempo di blocco: per circa 2,5 secondi dopo che l'uscita è tornata LOW non viene rilevato alcun nuovo movimento; non è regolabile.

Piedinatura e collegamento dell'HC-SR501

Rilevare il movimento con Arduino

Il codice qui sotto aspetta che il sensore si riscaldi, poi scrive nel Monitor seriale un messaggio quando il movimento inizia e uno quando finisce, accendendo e spegnendo il LED integrato di Arduino. Controllare solo i cambi di stato, invece di stampare l'uscita in continuazione, è anche il metodo che userai nei progetti reali.

1const int PIR_PIN = 2;
2const int LED_PIN = 13;        // dahili LED / built-in LED
3
4bool motion = false;
5
6void setup() {
7  pinMode(PIR_PIN, INPUT);
8  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
9  Serial.begin(9600);
10  Serial.println("Sensör ısınıyor / warming up...");
11  delay(30000);                  // ilk 30 sn kararsız / unstable for ~30 s
12  Serial.println("Hazır / ready");
13}
14
15void loop() {
16  bool now = digitalRead(PIR_PIN);
17  if (now && !motion) {
18    Serial.println("Hareket algılandı / motion detected");
19    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
20    motion = true;
21  } else if (!now && motion) {
22    Serial.println("Hareket bitti / motion ended");
23    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
24    motion = false;
25  }
26}

Luce con sensore di movimento: gestire il tempo con millis()

Tenere il tempo di accensione nel codice invece che sul trimmer Tx è molto più flessibile. Il codice qui sotto memorizza l'ora a ogni movimento rilevato e spegne la luce 20 secondi dopo l'ultimo movimento, quindi la luce resta accesa finché qualcuno si muove nella stanza. Su LIGHT_PIN puoi collegare un LED oppure un modulo relè per una lampada a 230 V; se usi un relè attivo basso, scambia HIGH e LOW nell'ultima riga. Il collegamento del relè è spiegato in Cos'è un modulo relè?

1const int PIR_PIN = 2;
2const int LIGHT_PIN = 7;               // LED ya da röle / LED or relay
3const unsigned long ON_TIME = 20000;   // son hareketten sonra 20 sn / 20 s after last motion
4
5unsigned long lastMotion = 0;
6
7void setup() {
8  pinMode(PIR_PIN, INPUT);
9  pinMode(LIGHT_PIN, OUTPUT);
10}
11
12void loop() {
13  if (digitalRead(PIR_PIN) == HIGH) {
14    lastMotion = millis();             // her harekette süreyi yenile / refresh on every motion
15  }
16  bool on = (lastMotion != 0) && (millis() - lastMotion < ON_TIME);
17  digitalWrite(LIGHT_PIN, on ? HIGH : LOW);
18}

PIR con ESP32 e Raspberry Pi Pico

L'uscita dell'HC-SR501 è già a 3,3 V, quindi si può collegare direttamente a ESP32 e Pico senza partitore. Il modulo però va alimentato a 5 V, perché il suo regolatore è instabile sotto i 4,5 V. Sull'ESP32 funziona lo stesso codice Arduino; nei progetti a batteria, mettere l'ESP32 in deep sleep e risvegliarlo con l'uscita del PIR (ext0 wakeup) allunga l'autonomia di settimane. Sul Pico con MicroPython puoi usare un interrupt per non perdere nessun movimento:

1from machine import Pin
2import time
3
4pir = Pin(16, Pin.IN)            # GP16
5led = Pin(25, Pin.OUT)           # dahili LED; Pico W'de Pin("LED") / onboard LED; Pin("LED") on Pico W
6
7def on_motion(pin):
8    led.value(pin.value())       # hareket varken yanar / on while there is motion
9    print("Hareket / motion" if pin.value() else "Bitti / ended")
10
11pir.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING | Pin.IRQ_FALLING, handler=on_motion)
12
13while True:
14    time.sleep(1)

Evitare i falsi rilevamenti

• Non puntarlo verso fonti di calore: termosifoni, bocchette del condizionatore, finestre al sole e lampade calde lo attivano con sbalzi di temperatura improvvisi.
• Tienilo lontano da oggetti in movimento: tende, piante o rami che ondeggiano al vento e si sono scaldati al sole sembrano movimento.
• Pulisci l'alimentazione: relè e moduli Wi-Fi generano disturbi; metti un condensatore da 100 µF tra VCC e GND del sensore.
• Allontanalo un po' dall'ESP32: un HC-SR501 attaccato all'antenna Wi-Fi può attivarsi da solo ogni tanto; qualche centimetro di distanza e un filo corto di solito risolvono.
• Con gli animali domestici: abbassa la sensibilità e monta il sensore in alto, leggermente inclinato verso il basso.
• Non metterlo dietro un vetro: il vetro normale blocca la radiazione infrarossa, quindi un sensore dietro una finestra non vede il movimento all'esterno.

PIR, radar a microonde o ultrasuoni?

Se vuoi sapere se qualcuno si muove, e non se qualcuno è nella stanza, il PIR è la soluzione più economica. Se devi misurare quanto è lontano un oggetto, dai un'occhiata a Sensore di distanza HC-SR04.

Idee di progetti con il sensore PIR

• Luce automatica del corridoio: accendi una lampada con un relè quando rileva movimento e spegnila dopo 30 secondi senza movimento.
• Antifurto: fai suonare un buzzer se rileva movimento in modalità notte; per la parte audio vedi Cos'è un buzzer?
• Luce notturna intelligente: abbina il PIR a un sensore di luce LDR per una lampada che si accende solo quando è buio e c'è movimento.
• Notifiche sul telefono: invia un messaggio Telegram da un ESP32 quando rileva movimento.
• Display a risparmio energetico: accendi la retroilluminazione di un LCD quando qualcuno si avvicina e spegnila quando se ne va.
• Contapersone: conta ogni passaggio davanti a una porta e mostralo su un display.

Errori comuni e come risolverli

• L'uscita resta sempre HIGH: il tempo Tx è troppo lungo o in modalità H c'è movimento continuo; abbassa il trimmer e verifica che il sensore non punti verso una fonte di calore.
• Non si attiva mai: VCC potrebbe non essere a 5 V, il sensore potrebbe essere ancora in riscaldamento o il filo OUT potrebbe essere su un pin diverso da quello del codice.
• Si attiva da solo ogni pochi secondi: l'alimentazione è disturbata; aggiungi un condensatore e allontanalo da relè e moduli Wi-Fi.
• Non rileva di nuovo subito dopo la fine del movimento: il tempo di blocco di circa 2,5 secondi è normale, il sensore non è guasto.
• Montarlo orientato male: un PIR rileva meglio quando il movimento attraversa lateralmente il campo visivo; chi cammina dritto verso di lui viene notato più tardi.

Il sensore PIR è uno dei migliori punti di partenza per il tuo primo progetto di domotica: si collega con tre fili e vedi subito il risultato. Nell'app BlueGrays trovi progetti di luce con sensore di movimento, campanello e antifurto, passo passo con schemi e codice.