Sensor de movimento PIR (HC-SR501): detecção de movimento com Arduino, ESP32 e Pico

Um sensor PIR (Passive InfraRed, infravermelho passivo) é um sensor barato e de consumo muito baixo que detecta quando uma pessoa ou um animal se move no seu campo de visão. Luzes de escada que acendem sozinhas, sistemas de alarme e campainhas automáticas normalmente usam um PIR. A palavra "passivo" significa que o sensor não emite nada: ele só "escuta" a radiação infravermelha emitida pelos objetos quentes ao redor. O modelo mais popular em projetos com Arduino é o HC-SR501.

Como funciona um sensor PIR?

Todo objeto mais quente que o zero absoluto emite radiação infravermelha, e o corpo humano emite mais forte em um comprimento de onda de 9–10 micrômetros. No coração do sensor há um elemento piroelétrico que reage a essa radiação, e ele é dividido em duas metades. Quando nada se move, as duas metades recebem a mesma quantidade de radiação, os sinais se anulam e a saída fica quieta. Quando alguém atravessa o campo de visão, primeiro uma metade e depois a outra recebem mais radiação; o circuito do módulo percebe essa diferença e o pino OUT vai para HIGH.

A cúpula branca em cima é uma lente de Fresnel. Ela divide o campo de visão em dezenas de pequenas zonas e concentra a radiação de cada zona no elemento. Quando uma pessoa passa de uma zona para a outra, o sinal muda; é por isso que um sensor PIR é ótimo para detectar movimento, mas não consegue detectar alguém completamente parado.

Especificações do HC-SR501

Ajustes no módulo

• Potenciômetro Sx (sensibilidade): define o alcance de detecção. Girar no sentido horário aumenta o alcance de cerca de 3 para 7 metros.
• Potenciômetro Tx (tempo): define quanto tempo a saída fica em HIGH depois que o movimento é detectado. Girar no sentido horário aumenta o tempo.
• Jumper de disparo H (repetitivo): o temporizador reinicia toda vez enquanto o movimento continua; ideal para controlar luzes.
• Jumper de disparo L (único): a saída vai para LOW quando o tempo acaba, mesmo que o movimento continue; aí é preciso um novo disparo.
• Tempo de bloqueio: durante cerca de 2,5 segundos depois que a saída vai para LOW, nenhum movimento novo é detectado; isso não pode ser ajustado.

Pinagem e ligação do HC-SR501

Detectando movimento com o Arduino

O código abaixo espera o sensor aquecer e depois mostra uma mensagem no Monitor Serial uma vez quando o movimento começa e outra quando termina, ligando e desligando o LED embutido do Arduino. Observar só as mudanças de estado, em vez de mostrar a saída sem parar, também é a abordagem que você vai usar em projetos reais.

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}

Luz com sensor de presença: temporização com millis()

Controlar o tempo de acionamento no código, e não no potenciômetro Tx do módulo, é muito mais flexível. O código abaixo registra o momento sempre que um movimento é detectado e apaga a luz 20 segundos depois do último movimento, então a luz fica acesa enquanto alguém estiver se movendo no cômodo. Você pode ligar um LED no LIGHT_PIN, ou um módulo relé para uma lâmpada da rede elétrica; se usar um relé ativo em LOW, troque HIGH e LOW na última linha. A ligação do relé é explicada em O que é módulo relé?

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 com o ESP32 e o Raspberry Pi Pico

A saída do HC-SR501 já é de 3,3 V, então ela pode ser ligada direto no ESP32 e no Pico, sem divisor de tensão. Mas alimente o módulo com 5 V, porque o regulador da placa fica instável abaixo de 4,5 V. O mesmo código do Arduino roda no ESP32; em projetos com bateria, colocar o ESP32 em deep sleep e acordá-lo com a saída do PIR (ext0 wakeup) aumenta a duração da bateria em semanas. No Pico com MicroPython, você pode usar uma interrupção para capturar o movimento sem perder nenhum:

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)

Como evitar disparos falsos

• Não aponte para fontes de calor: aquecedores, saídas de ar-condicionado, janelas com sol e lâmpadas quentes disparam o sensor com mudanças bruscas de temperatura.
• Mantenha longe de objetos que se movem: cortinas, plantas ou galhos balançando com o vento parecem movimento se tiverem esquentado no sol.
• Limpe a alimentação: relés e módulos Wi-Fi colocam ruído na alimentação; coloque um capacitor de 100 µF entre o VCC e o GND do sensor.
• Deixe um pouco afastado do ESP32: um HC-SR501 bem ao lado da antena Wi-Fi pode disparar sozinho de vez em quando; alguns centímetros de distância e um fio curto costumam resolver.
• Para animais de estimação: diminua a sensibilidade e instale o sensor no alto, levemente inclinado para baixo.
• Não coloque atrás de vidro: o vidro comum bloqueia a radiação infravermelha, então um sensor atrás de uma janela não vê o movimento do lado de fora.

PIR, radar de micro-ondas ou ultrassônico?

Se você quer saber se alguém está se movendo, e não se há alguém no cômodo, o PIR é a solução mais econômica. Se precisa medir a que distância um objeto está, dê uma olhada em Sensor de distância HC-SR04.

Ideias de projetos com sensor PIR

• Luz automática de corredor: acenda uma lâmpada com um relé quando um movimento for detectado e apague depois de 30 segundos sem movimento.
• Alarme contra ladrões: toque um buzzer se houver movimento no modo noturno; para a parte do som, veja O que é buzzer?
• Luz noturna inteligente: combine o PIR com um Sensor de luz LDR para ter uma lâmpada que só acende quando está escuro e alguém se move.
• Notificações no celular: envie uma mensagem no Telegram a partir de um ESP32 quando um movimento for detectado.
• Display que economiza energia: acenda a luz de fundo de um LCD quando alguém se aproximar e apague quando a pessoa sair.
• Contador de visitantes: conte cada movimento por uma porta e mostre o total em um display.

Erros comuns e como resolvê-los

• A saída fica em HIGH o tempo todo: o tempo Tx está longo demais, ou há movimento constante no modo H; diminua o potenciômetro e confira se o sensor não está virado para uma fonte de calor.
• Ele nunca dispara: o VCC pode não estar em 5 V, o sensor pode ainda estar aquecendo, ou o fio OUT pode estar em um pino diferente do que está no seu código.
• Ele dispara sozinho a cada poucos segundos: a alimentação tem ruído; coloque um capacitor e afaste o sensor de relés e módulos Wi-Fi.
• Ele não detecta de novo logo depois que o movimento termina: o tempo de bloqueio de cerca de 2,5 segundos é normal; o sensor não está com defeito.
• Instalar na posição errada: o PIR detecta melhor quando o movimento atravessa o campo de visão de lado; ele percebe mais tarde alguém andando direto na direção dele.

O sensor PIR é um dos melhores pontos de partida para o seu primeiro projeto de casa inteligente: ele é ligado com três fios e você vê o resultado na hora. No app BlueGrays você encontra projetos de luz com sensor de presença, campainha e alarme passo a passo, com esquemas do circuito e código.