PIR人感センサー（HC-SR501）：Arduino、ESP32、Picoで動きを検知する

PIR（Passive InfraRed：受動型赤外線）センサーは、視野の中で人や動物が動いたことを検知する、安くて消費電力がとても小さいセンサーです。自動で点く階段の照明、防犯システム、自動のドアチャイムの多くはPIRを使っています。「受動型」とは、センサー自身は何も出さず、周囲の温かい物体が出す赤外線を受け取るだけ、という意味です。Arduinoのプロジェクトでいちばん人気のモデルはHC-SR501です。

PIRセンサーはどう動く？

絶対零度より温かい物体はすべて赤外線を出していて、人の体は9〜10マイクロメートルの波長でもっとも強く放射します。センサーの中心には、この放射に反応する焦電素子があり、2つの半分に分かれています。何も動いていないときは両方が同じ量の放射を受け、信号が打ち消し合って出力は静かなままです。誰かが視野を横切ると、まず片方、次にもう片方がより多くの放射を受けます。モジュールの回路がこの差をとらえ、OUTピンがHIGHになります。

上の白いドームはフレネルレンズです。視野を数十個の小さなゾーンに分け、各ゾーンからの放射を素子に集めます。人があるゾーンから次のゾーンへ動くと信号が変わります。そのため、PIRセンサーは動きの検知は得意ですが、まったく動かずに立っている人は検知できません。

HC-SR501の仕様

モジュールの設定

• Sx（感度）半固定抵抗：検知距離を設定します。時計回りに回すと、距離が約3メートルから7メートルまで広がります。
• Tx（時間）半固定抵抗：動きを検知したあと出力がHIGHのままでいる時間を設定します。時計回りに回すと長くなります。
• トリガージャンパーH（リピート）：動きが続いている間、タイマーが毎回リセットされます。照明の制御に最適です。
• トリガージャンパーL（シングル）：動きが続いていても、時間が切れると出力がLOWになります。その後は新たなトリガーが必要です。
• ブロッキング時間：出力がLOWになってから約2.5秒間は、新しい動きを検知しません。これは調整できません。

HC-SR501のピン配置と配線

Arduinoで動きを検知する

下のコードはセンサーのウォームアップを待ってから、動きが始まったときと終わったときに1回ずつシリアルモニタにメッセージを表示し、Arduinoの内蔵LEDをオン・オフします。出力を何度も表示し続けるのではなく状態の変化だけを見るのは、実際のプロジェクトでも使う考え方です。

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}

人感ライト：millis()で時間を管理する

点灯時間をモジュールのTx半固定抵抗ではなくコードで管理するほうが、ずっと柔軟です。下のコードは動きを検知するたびに時刻を記録し、最後の動きから20秒後にライトを消します。そのため、部屋の中で誰かが動いている間はライトが点いたままになります。LIGHT_PINにはLEDを、商用電源のランプならリレーモジュールをつなぎます。アクティブLOWのリレーを使う場合は、最後の行のHIGHとLOWを入れ替えてください。リレーの配線はリレーモジュールとは？で解説しています。

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}

ESP32とRaspberry Pi PicoでPIRを使う

HC-SR501の出力はもともと3.3 Vなので、分圧回路なしでESP32やPicoに直接つなげます。ただし、モジュール自体は5 Vから給電してください。基板上のレギュレーターが4.5 V未満では不安定になるためです。ESP32では同じArduinoのコードが動きます。電池で動かすプロジェクトでは、ESP32をディープスリープにしてPIRの出力で起こす（ext0 wakeup）と、電池の持ちが何週間も延びます。MicroPythonを使うPicoでは、割り込みを使えば動きを取りこぼさずにとらえられます。

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)

誤検知を防ぐ

• 熱源に向けない：暖房器具、エアコンの吹き出し口、日の当たる窓、熱いランプは、急な温度変化でセンサーをトリガーします。
• 動く物から離す：カーテン、植物、風に揺れる枝は、日光で温まっていると動きのように見えます。
• 電源をきれいにする：リレーやWi-Fiモジュールは電源にノイズを乗せます。センサーのVCCとGNDの間に100 µFのコンデンサを入れてください。
• ESP32から少し離す：Wi-Fiアンテナのすぐ横にあるHC-SR501は、ときどき勝手にトリガーすることがあります。数センチ離して配線を短くすれば、たいてい直ります。
• ペットがいる場合：感度を下げ、センサーを高い位置に少し下向きに取り付けてください。
• ガラスの向こうに置かない：ふつうのガラスは赤外線を通さないので、窓の内側にあるセンサーは外の動きを検知できません。

PIR、マイクロ波レーダー、超音波のどれを選ぶ？

部屋に誰かがいるかどうかではなく、誰かが動いているかどうかを知りたいなら、PIRがいちばん経済的です。物体までの距離を測りたい場合はHC-SR04距離センサーを見てみてください。

PIRセンサーのプロジェクトアイデア

• 廊下の自動照明：動きを検知したらリレーでランプを点け、30秒間動きがなければ消します。
• 防犯アラーム：夜間モードで動きを検知したらブザーを鳴らします。音の部分はブザーとは？を参照してください。
• スマート常夜灯：PIRとLDR光センサーを組み合わせ、暗いときに人が動いた場合だけ点くランプを作ります。
• スマホに通知：動きを検知したらESP32からTelegramのメッセージを送ります。
• 省電力ディスプレイ：人が近づいたらLCDのバックライトを点け、離れたら消します。
• 来場者カウンター：出入口を通る動きを1回ずつ数え、ディスプレイに表示します。

よくあるミスと直し方

• 出力がずっとHIGHのまま：Txの時間が長すぎるか、Hモードで動きが続いています。半固定抵抗を下げ、センサーが熱源に向いていないか確認してください。
• まったく反応しない：VCCが5 Vになっていない、センサーがまだウォームアップ中、またはOUTの線がコードと違うピンにつながっている可能性があります。
• 数秒ごとに勝手に反応する：電源にノイズがあります。コンデンサを追加し、リレーやWi-Fiモジュールから離してください。
• 動きが終わった直後に再検知しない：約2.5秒のブロッキング時間は正常な動作で、センサーの故障ではありません。
• 取り付けの向きが悪い：PIRは視野を横切る動きをもっともよく検知します。まっすぐ近づいてくる人に気づくのは遅れます。

PIRセンサーは、初めてのスマートホームプロジェクトにぴったりの出発点です。3本の線でつながり、すぐに結果が見えます。BlueGraysアプリには、人感ライト、ドアチャイム、防犯アラームのプロジェクトが回路図とコード付きでステップごとに載っています。