Solarleuchten-Wiki: Was ist die PIR-Technologie zur menschlichen Körpererkennung und wie erkennt sie Bewegungen?

Die PIR-Technologie zur Körpererkennung nutzt einen Sensor, der die Infrarotstrahlung des menschlichen Körpers erkennt. Dieser Sensor aktiviert die Beleuchtung nur, wenn er Personen in der Nähe erkennt, wodurch unnötiger Stromverbrauch vermieden wird. Durch die Reaktion auf Körperwärme statt zufälliger Bewegungen reduziert die PIR-Körpererkennung Fehlauslösungen und maximiert die Energieeinsparung. Sowohl in Privathaushalten als auch in Unternehmen kann diese Technologie den Energieverbrauch um 30 bis 50 % senken, die Lebensdauer von Leuchten verlängern und Nachhaltigkeitsbemühungen unterstützen.

Die wichtigsten Erkenntnisse

• PIR-Sensoren erkennen menschliche Bewegungen, indem sie die von der Körperwärme abgegebene Infrarotstrahlung erfassen, ohne selbst Energie abzugeben.
• Diese Sensoren sparen Energie, indem sie Geräte wie Lichter nur aktivieren, wenn Personen anwesend sind, und so den Stromverbrauch um bis zu 50 % senken.
• Ein pyroelektrischer Sensor und eine Fresnel-Linse arbeiten zusammen, um Änderungen der Infrarotenergie zu erkennen und die Genauigkeit der Bewegungserkennung zu verbessern.
• PIR-Sensoren verfügen über anpassbare Einstellungen für Empfindlichkeit, Erfassungsbereich und Reaktionszeit, um unterschiedlichen Umgebungen und Anforderungen gerecht zu werden.
• Die richtige Installationshöhe, der richtige Winkel und die richtige Platzierung sind entscheidend, um tote Winkel zu vermeiden und eine zuverlässige Bewegungserkennung zu gewährleisten.
• Die PIR-Technologie schützt die Privatsphäre, da sie Wärmeänderungen erkennt, anstatt Bilder oder Ton aufzunehmen.
• Durch den geringen Stromverbrauch und die einfache Installation sind PIR-Sensoren ideal für Privathaushalte, Unternehmen und solarbetriebene Geräte .
• Zu den Einschränkungen zählen die Schwierigkeit, stehende Personen zu erkennen, und die begrenzte vertikale Abdeckung. Durch die Kombination von PIR mit anderen Sensoren kann die Leistung jedoch verbessert werden.

Übersicht über die PIR-Sensorik des menschlichen Körpers

Was ist PIR

PIR steht für Passiv-Infrarot. Diese Technologie erkennt Bewegungen durch Infrarotstrahlung, die alle warmen Objekte, einschließlich Menschen, von Natur aus abgeben. Die PIR-Körpererkennung nutzt dieses Prinzip, um die Anwesenheit von Personen in einem bestimmten Bereich zu erkennen. Im Gegensatz zu aktiven Sensoren geben PIR-Sensoren keine Energie ab. Sie empfangen und messen lediglich Änderungen der Infrarotenergie. Dieser passive Betrieb macht sie energieeffizient und verringert die Wahrscheinlichkeit, dass sie andere Geräte stören.

PIR-Sensoren unterscheiden sich in mehreren Punkten von anderen Bewegungserkennungstechnologien:

• Sie arbeiten passiv und erfassen Veränderungen der Infrarotstrahlung von Lebewesen.
• Sie reagieren empfindlich auf die Hauttemperatur durch Schwarzkörperstrahlung.
• Ihre effektive Reichweite beträgt normalerweise bis zu 30 Fuß, bei einem Sichtfeld von weniger als 180°.
• Im Gegensatz zu Mikrowellen- oder Ultraschallsensoren senden PIR-Sensoren keine Wellen oder Signale aus.

So funktioniert es

Ein PIR-Sensor verfügt über zwei Schlitze, die Infrarotstrahlung erfassen. Bewegt sich ein warmes Objekt, beispielsweise eine Person, durch das Sichtfeld des Sensors, ändert sich die von jedem Schlitz erfasste Infrarotenergiemenge. Diese Änderung erzeugt ein schwaches elektrisches Signal. Die Elektronik des Sensors verarbeitet dieses Signal und erkennt, ob eine Bewegung stattgefunden hat. Die meisten PIR-Sensoren verwenden eine Fresnel-Linse, um die Infrarotenergie eines großen Bereichs auf den Sensor zu fokussieren und so Empfindlichkeit und Abdeckung zu erhöhen.

• PIR-Sensoren erfassen Infrarotstrahlung bei Wellenlängen um 10 Mikrometer, was der Wärmeemission des menschlichen Körpers entspricht.
• Der Sensor misst Unterschiede zwischen dem Hintergrund und bewegten Objekten und kann so zwischen Menschen und anderen Bewegungsquellen unterscheiden.
• Funktionen zur Anpassung an die Umgebungsbedingungen, wie etwa Empfindlichkeitseinstellung und Temperaturkompensation, tragen zur Verbesserung der Genauigkeit bei und reduzieren Fehlalarme.

Anwendungen

Die PIR-Sensortechnologie für den menschlichen Körper kommt in vielen alltäglichen Geräten und Systemen zum Einsatz. Zu den häufigsten Anwendungen zählen:

1. Lichtsteuerung : PIR-Sensoren schalten das Licht automatisch ein oder aus, wenn sie menschliche Anwesenheit erkennen. Das spart Energie und verbessert den Komfort.
2. Sicherheitsalarmsysteme: Sie lösen Alarme aus, wenn ungewöhnliche menschliche Aktivitäten auftreten, und erhöhen so die Gebäudesicherheit.
3. Smart Home und IoT-Geräte: PIR-Sensoren helfen bei der Automatisierung von Aufgaben wie der Einstellung von Thermostaten, der Messung der Belegung und der Steuerung von Geräten.
4. Automatische Türöffnung: Viele Türen in öffentlichen Räumen verwenden PIR-Sensoren, um sich nähernde Personen zu erkennen und sich automatisch zu öffnen.
5. Bewegungserkennung für Kameras: PIR-Sensoren aktivieren Kameras oder Alarme nur, wenn eine Bewegung erkannt wird, wodurch Strom und Speicherplatz gespart werden.
6. Digitale Beschilderung und Verkaufsautomaten: Diese Geräte verwenden PIR-Sensoren, um nur zu funktionieren, wenn sich jemand in der Nähe befindet, wodurch der Energieverbrauch gesenkt wird.
7. Roboter zur Personenerkennung: Bei Rettungseinsätzen nutzen Roboter PIR-Sensoren, um Personen unter Trümmern zu finden, indem sie deren Körperwärme erfassen.

Die PIR-Menschenkörpererkennung bietet eine zuverlässige, kostengünstige und energieeffiziente Lösung zur Erkennung menschlicher Anwesenheit in einer Vielzahl von Umgebungen.

Komponenten

Pyroelektrischer Sensor

Ein pyroelektrischer Sensor bildet das Herzstück von PIR-Sensoren für den menschlichen Körper. Dieser Sensor verwendet spezielle Materialien, die bei Temperaturschwankungen eine elektrische Ladung erzeugen. Die meisten Sensoren verwenden zwei gegenphasig angeordnete Elemente. Durch diese Konstruktion kann der Sensor Temperaturänderungen erkennen, die durch Infrarotstrahlung des menschlichen Körpers verursacht werden. Der Sensor befindet sich in einem kleinen Metallgehäuse mit zwei Schlitzen. Diese Schlitze setzen das pyroelektrische Material der Umgebung aus.

• Der Sensor erfasst Strahlung im mittleren Infrarotbereich, insbesondere Wellenlängen um 9–10 Mikrometer. Dieser Bereich entspricht der Wärmestrahlung des menschlichen Körpers.
• Trifft Infrarotstrahlung auf den Sensor, kommt es durch den pyroelektrischen Effekt zu einer Ladungsänderung. Der Sensor wandelt diese Ladung in ein Spannungssignal um.
• Das Ausgangssignal ist schwach. Das Gerät verstärkt und filtert es vor der digitalen Verarbeitung.
• Eine differentiell symmetrische Schaltung mit zwei thermoelektrischen Elementen trägt dazu bei, Störungen durch Umweltfaktoren und Temperaturänderungen des Sensors selbst zu reduzieren.

Diese Struktur ermöglicht es dem Sensor, Bewegungen zu erkennen, indem er Änderungen der Infrarotstrahlung erfasst, wenn sich Personen durch sein Sichtfeld bewegen.

Fresnel-Linse

Eine Fresnel-Linse spielt in PIR-Sensormodulen für den menschlichen Körper eine entscheidende Rolle. Diese Linse fokussiert Infrarotstrahlung auf das Sensorelement. Sie unterteilt das Sichtfeld des Sensors in mehrere Zonen. Bewegt sich eine Person durch diese Zonen, erkennt der Sensor Veränderungen der Infrarotenergie.

• Der Zoneneffekt verstärkt die Bewegungserkennung des Sensors und löst bei Temperaturunterschieden Ausgangssignale aus.
• Das Design der Fresnel-Linse beeinflusst die Empfindlichkeit, den Erfassungsbereich und die Fähigkeit, Bewegungsgeschwindigkeiten zu unterscheiden.
• Fresnel-Linsen sind dünner und leichter als herkömmliche Linsen. Sie sind zudem günstiger, was PIR-Sensoren kompakt und zuverlässig macht.
• Diese Linsen verbessern die Erkennungsfähigkeiten und tragen dazu bei, Fehlalarme zu reduzieren.

Die Fresnel-Linse sorgt dafür, dass der Sensor schnell und präzise auf menschliche Bewegungen reagiert, wodurch er sich für Sicherheits-, Beleuchtungs- und Smart-Home-Systeme eignet.

Schaltung

Die Schaltkreise in PIR-Sensoren verarbeiten die Signale von Sensor und Linse. Mehrere Schlüsselkomponenten arbeiten zusammen, um eine präzise Bewegungserkennung zu gewährleisten.

• Ein Thermosäulensensor wandelt Infrarotstrahlung in elektrische Signale um, indem er Temperaturänderungen erkennt.
• Die Fresnel-Linse fokussiert Infrarotstrahlung auf den Thermosäulensensor und verbessert so die Erkennungsempfindlichkeit.
• Ein Infrarotfilter lässt nur relevante Infrarotwellenlängen zum Sensor durch. Dieser Filter blockiert andere Strahlungsarten und reduziert so Fehlauslösungen.
• Die Verarbeitungsschaltung verstärkt und verarbeitet die elektrischen Signale der Thermosäule. Sie erkennt Bewegungen und sendet ein Steuersignal zur Aktivierung von Lichtern oder Alarmen.

Die Kombination dieser elektronischen Komponenten stellt sicher, dass PIR-Geräte zur Erkennung des menschlichen Körpers in verschiedenen Umgebungen eine zuverlässige Leistung erbringen.

Gehäuse

Das Gehäuse eines PIR-Sensors dient als Schutzhülle, die alle internen Komponenten zusammenhält. Hersteller konstruieren das Gehäuse so, dass empfindliche Teile wie der pyroelektrische Sensor und die Fresnel-Linse vor Staub, Feuchtigkeit und mechanischen Beschädigungen geschützt sind. Für dieses Gehäuse werden häufig robuste Kunststoff- oder Metallmaterialien verwendet, um den zuverlässigen Betrieb des Sensors in verschiedenen Umgebungen zu gewährleisten.

Form und Struktur des Gehäuses spielen eine entscheidende Rolle für die Leistung des Sensors. Das Gehäuse bestimmt die Ausrichtung der Fresnel-Linse zum Sensor und die Montage des Geräts an Wänden oder Decken. Die korrekte Ausrichtung stellt sicher, dass die Linse die Infrarotstrahlung präzise auf das Sensorelement fokussiert. Wenn das Gehäuse den Sensor im richtigen Winkel positioniert, verbessert sich die Erfassungsgenauigkeit. Beispielsweise kann eine einzonige Fresnel-Linse im Gehäuse das Sichtfeld auf die horizontale Ebene verengen. Dieses Design reduziert Störungen aus irrelevanten Richtungen und hilft dem Sensor, menschliche Bewegungen präziser zu erkennen.

Hinweis: Die Montageposition des Gehäuses beeinflusst die Erkennungsergebnisse. Die Platzierung des Sensors in optimaler Höhe, z. B. 0,8 Meter an einer Wand, kann die Leistung in Innenräumen wie Fluren verbessern.

Das Gehäusedesign beeinflusst auch das Vorhandensein von Sensorlöchern – Bereiche, in denen der Sensor keine Infrarotänderungen erfassen kann. Diese Löcher entstehen häufig, wenn der Sensor höher angebracht ist, beispielsweise an der Decke in Büros. Sensorlöcher können zu Fehlerkennungen führen, insbesondere wenn sich Personen durch diese toten Winkel bewegen. Ingenieure begegnen diesem Problem, indem sie Gehäuse und Linsenanordnung optimieren, um diese Lücken zu minimieren. Einige Designs verwenden Metallfolien zum Schutz der Linse, was die Genauigkeit durch Blockieren unerwünschter Signale weiter verbessert.

Das Gehäuse muss zudem eine einfache Installation und sichere Befestigung ermöglichen. Viele Gehäuse verfügen über Halterungen oder Schlitze für Schrauben, sodass der Sensor problemlos an verschiedenen Oberflächen befestigt werden kann. Das Gehäuse sollte ausreichend Platz für Verkabelung und Schaltkreise bieten, ohne das Sichtfeld des Sensors zu beeinträchtigen.

Ein gut konzipiertes Gehäuse vereint Schutz, Erkennungsgenauigkeit und Benutzerfreundlichkeit. Obwohl das Gehäuse nicht direkt die Haltbarkeit des Geräts bestimmt, unterstützt es den zuverlässigen Betrieb, indem es die internen Komponenten vor Umwelteinflüssen schützt. Bei drahtlosen Systemen kann das Gehäuse auch Batterien oder Solarmodule aufnehmen und so Energieeffizienz und Nachhaltigkeit fördern.

Eine Übersichtstabelle der Gehäusefunktionen:

Funktionsprinzip

Infraroterkennung

Objekte mit Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt geben Wärmeenergie als elektromagnetische Strahlung ab, hauptsächlich im Infrarotspektrum. Der menschliche Körper beispielsweise strahlt Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von etwa 9–10 Mikrometern ab. Die PIR-Sensortechnologie nutzt dieses wissenschaftliche Prinzip zur Bewegungserkennung. Der Sensor enthält zwei pyroelektrische Elemente, die auf Veränderungen der Wärmeenergie reagieren. Bewegt sich eine Person im Sichtfeld des Sensors, ändert sich die Menge der von jedem Element empfangenen Infrarotstrahlung. Dieser Unterschied erzeugt eine kleine elektrische Ladung, die der Sensor zur Bewegungserkennung nutzt.

PIR-Sensoren geben keine Energie ab. Sie erfassen ausschließlich eingehende Infrarotwellen und sind somit passive Geräte. Ihre Empfindlichkeit ist bei seitlichen Bewegungen am höchsten, da dies zu einem spürbaren Unterschied in der Wärmeaufnahme zwischen den beiden Elementen führt.

Die folgende Tabelle fasst die Kernaspekte der Infraroterkennung in PIR-Sensoren zusammen:

Signalverarbeitung

Sobald der Sensor eine Änderung der Infrarotstrahlung erkennt, erzeugt er ein schwaches Wechselstromsignal (AC). Dieses Signal ist sehr schwach und liegt über einem Gleichstromsignal (DC). Die Verarbeitungsschaltung entfernt zunächst die Gleichstromkomponente und isoliert so das AC-Signal, das die Bewegung repräsentiert. Anschließend verstärkt und filtert die Schaltung dieses Signal, um die Genauigkeit zu verbessern und Rauschen zu reduzieren. Operationsverstärker verstärken die Signalstärke, während Filter unerwünschte Frequenzen entfernen.

Die Schritte der Signalverarbeitung umfassen:

• Der Sensor erkennt Bewegungen und erzeugt ein kleines Wechselstromsignal.
• Die Schaltung löscht den Gleichstromanteil und behält nur das bewegungsbezogene Wechselstromsignal bei.
• Verstärker erhöhen die Signalstärke.
• Filter entfernen Rauschen und konzentrieren sich auf den Frequenzbereich menschlicher Bewegungen (etwa 0,5 bis 5 Hz).
• Komparatoren prüfen, ob das Signal einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.

Wenn das Signal den Schwellenwert überschreitet, erkennt das System eine gültige Bewegung. Der Mikrocontroller benötigt möglicherweise eine kurze Initialisierungsphase, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen, bevor er auf neue Signale reagiert.

Ausgabe

Sobald das System eine Bewegung erkennt, erzeugt es ein digitales Ausgangssignal. Dieses schaltet von einer niedrigen Spannung (0 V) auf eine hohe Spannung (typischerweise 3,3 V oder 5 V), sobald der Sensor eine Bewegung erkennt. Das digitale Signal dient als Auslöser für Automatisierungssysteme. So kann es beispielsweise Lichter einschalten , Alarme auslösen oder andere Geräte steuern. Viele PIR-Module ermöglichen die Anpassung von Empfindlichkeit und Verzögerungszeit und sind somit für unterschiedliche Umgebungen geeignet.

PIR-Module zur Personenerkennung unterstützen häufig verschiedene Kommunikationsprotokolle wie RS-485, Ethernet oder WLAN. Diese Flexibilität ermöglicht die Integration in größere Automatisierungssysteme, einschließlich intelligenter Beleuchtung, Sicherheit und industrieller Steuerung. Das Ausgangssignal ermöglicht eine zuverlässige Möglichkeit, Reaktionen basierend auf menschlicher Anwesenheit zu automatisieren.

PIR-Parameter zur menschlichen Körpererkennung

Erfassungsreichweite

Reichweite

Die Erfassungsreichweite beschreibt, in welcher Entfernung ein PIR-Sensor Bewegungen eines menschlichen Körpers wahrnehmen kann. Dieser Parameter bestimmt die maximale Entfernung, in der der Sensor durch Bewegung verursachte Änderungen der Infrarotstrahlung zuverlässig erkennen kann. Die meisten PIR-Module zur Körpererkennung bieten eine Erfassungsreichweite zwischen 3 und 12 Metern. Die tatsächliche Reichweite hängt vom Sensormodell, der Linsenkonstruktion und den Umgebungsbedingungen ab.

Die folgende Tabelle zeigt typische Erfassungsabstände für gängige PIR-Sensoren:

Die Auswahl des richtigen Erfassungsbereichs ist für verschiedene Szenarien wichtig:

• Bei Gartenleuchten reicht eine Reichweite von 5 bis 8 Metern aus, um die meisten Wege und Freiflächen im Freien abzudecken.
• Bei der Straßenbeleuchtung sorgt eine größere Reichweite von 8 bis 12 Metern für eine breite Abdeckung entlang von Straßen oder Parkplätzen.
• Bei Innenkorridoren verhindert eine kürzere Reichweite unnötige Auslöser durch Bewegungen in der Ferne.

Abdeckung

Die Abdeckung bezeichnet den Bereich, in dem der PIR-Sensor Bewegungen erkennen kann. Der Abdeckungsbereich hängt sowohl von der Erfassungsdistanz als auch vom Winkel des Sensors ab. Eine größere Erfassungsdistanz vergrößert den überwachten Gesamtbereich, aber auch die tatsächliche Form der Abdeckungszone spielt eine Rolle.

Bei der Planung der Sensorplatzierung sollten Benutzer Folgendes berücksichtigen:

• Eine breite Abdeckung ist ideal für offene Flächen wie Plätze oder Parkplätze.
• Eine engere Abdeckung funktioniert am besten in Fluren oder Treppenhäusern, wo die Bewegung einem bestimmten Pfad folgt.
• Durch die überlappende Abdeckung mehrerer Sensoren können tote Winkel in großen oder unregelmäßigen Bereichen vermieden werden.

Tipp: Auch Montagehöhe und -winkel beeinflussen die Abdeckung. Die Installation des Sensors in 2 bis 3 Metern Höhe und in einem 45-Grad-Winkel bietet für die meisten Anwendungen oft optimale Empfindlichkeit und Flächenabdeckung.

Erfassungswinkel

Horizontaler Winkel

Der horizontale Winkel definiert die Breite des Bereichs, den der PIR-Sensor seitlich überwachen kann. Die meisten PIR-Module zur Personenerkennung bieten einen horizontalen Erfassungswinkel zwischen 90° und 170°. Ein größerer Winkel reduziert tote Winkel und ermöglicht es dem Sensor, mit einem einzigen Gerät einen größeren Bereich abzudecken.

• Ein Winkel von 120° eignet sich für Korridore und Gänge und konzentriert die Erkennung auf einen geraden Weg.
• Ein Winkel von 150° oder mehr eignet sich für offene Bereiche wie Plätze oder Gebäudeeingänge, wo sich Menschen aus verschiedenen Richtungen nähern können.

Die Wahl des horizontalen Winkels beeinflusst sowohl die Empfindlichkeit als auch die Wahrscheinlichkeit von Fehlauslösungen. Ein größerer Winkel erhöht die Wahrscheinlichkeit, Bewegungen zu erkennen, kann aber auch irrelevante Bewegungen an den Rändern des Feldes erfassen.

Vertikaler Winkel

Der vertikale Winkel misst die Höhe des Erfassungsbereichs von oben nach unten. Dieser Winkel ist in der Regel kleiner als der horizontale Winkel und liegt oft zwischen 30° und 60°. Der vertikale Winkel bestimmt, wie gut der Sensor Personen in unterschiedlichen Höhen oder auf Treppen erkennen kann.

• Ein größerer vertikaler Winkel ist in Bereichen mit Höhenunterschieden hilfreich, beispielsweise bei Treppen oder Rampen.
• Ein kleinerer vertikaler Winkel konzentriert die Erkennung auf eine bestimmte Ebene und reduziert so Fehlalarme durch Haustiere oder Kleintiere.

Durch die richtige Einstellung der horizontalen und vertikalen Winkel wird sichergestellt, dass der Sensor den vorgesehenen Bereich abdeckt, ohne wichtige Bewegungen zu verpassen oder unnötig auszulösen.

Ansprechzeit

Die Reaktionszeit ist der Zeitraum zwischen der Bewegungserkennung durch den PIR-Sensor und der Ausgabe eines Ausgangssignals. Die meisten PIR-Module zur Körpererkennung ermöglichen eine Anpassung der Reaktionszeit, typischerweise von 0,3 Sekunden bis zu 25 Sekunden. Diese Einstellung erfolgt häufig über ein kleines Einstellrad oder Potentiometer auf der Platine des Sensors.

Eine kurze Reaktionszeit von beispielsweise 0,3 bis 1 Sekunde ist ideal für Sicherheitsanwendungen, bei denen sofortiges Handeln erforderlich ist. Bei der Allgemeinbeleuchtung sorgt eine Reaktionszeit von 2 bis 5 Sekunden für eine schnelle Aktivierung und reduzierte Fehlauslösungen. Längere Reaktionszeiten tragen dazu bei, das Ausgangssignal für einen festgelegten Zeitraum aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass Lichter oder Alarme aktiv bleiben, während sich Personen im Bereich aufhalten.

Hinweis: Durch die Anpassung der Reaktionszeit können Benutzer das Verhalten des Sensors an die Anforderungen der jeweiligen Umgebung anpassen. Eine schnelle Reaktion erhöht die Sicherheit und den Komfort, während längere Reaktionszeiten häufiges Ein- und Ausschalten in stark frequentierten Bereichen verhindern können.

Standby-Stromversorgung

Die Standby-Leistung gibt an, wie viel Strom ein PIR-Sensor verbraucht, wenn er keine Bewegung erkennt. Dieser Wert ist wichtig für Geräte, die mit Batterien oder Solarenergie betrieben werden. Die meisten PIR-Sensoren haben einen Standby-Stromverbrauch zwischen 0,05 und 0,5 Watt. Ein geringerer Standby-Stromverbrauch bedeutet, dass das Gerät länger ohne Aufladen oder Batteriewechsel betrieben werden kann.

Hersteller konstruieren PIR-Sensoren so, dass sie im Leerlauf sehr wenig Energie verbrauchen. Dies trägt dazu bei, die Lebensdauer der Batterien in drahtlosen Systemen zu verlängern. Beispielsweise eignet sich ein Sensor mit einer Standby-Leistung von weniger als 0,1 Watt ideal für Solar-Gartenleuchten oder ferngesteuerte Sicherheitsgeräte. Benutzer sollten bei der Auswahl eines Sensors für Energiesparprojekte die Standby-Leistung prüfen.

Tipp: Die Auswahl eines Sensors mit geringer Standby-Leistung kann bei Anwendungen, bei denen der Batteriewechsel schwierig ist oder Solarmodule die einzige Stromquelle darstellen, einen großen Unterschied machen.

Temperaturkompensation

Die Temperaturkompensation ist eine Funktion, die dafür sorgt, dass PIR-Sensoren bei unterschiedlichen Wetterbedingungen zuverlässig funktionieren. Der Sensor passt seine Empfindlichkeit an die Umgebungstemperatur an. Bei kalter Luft erhöht der Sensor seine Empfindlichkeit. Dadurch kann er die Wärme eines menschlichen Körpers vor einem kühleren Hintergrund leichter erkennen. Bei heißer Luft verringert der Sensor seine Empfindlichkeit. Dies verhindert Fehlalarme durch warme Luft oder Oberflächen.

Diese Anpassung erfolgt automatisch im Sensor. Ein Kompensationsfaktor steuert die Empfindlichkeitsänderung. Der Sensor bleibt selbst in extremen Umgebungen wie Wüsten oder kalten Regionen stabil und präzise. Die Temperaturkompensation sorgt dafür, dass der Sensor Personen unabhängig von Jahreszeit und Standort korrekt erkennt.

Empfindlichkeitseinstellung

Mit der Empfindlichkeitseinstellung können Sie steuern, wie leicht der Sensor Bewegungen erkennt. Die meisten PIR-Sensoren bieten drei bis fünf Empfindlichkeitsstufen. Bei höherer Empfindlichkeit kann der Sensor kleinere oder weiter entfernte Bewegungen erfassen. Eine geringere Empfindlichkeit hilft, Fehlauslösungen durch Haustiere, Kleintiere oder bewegliche Objekte wie Vorhänge zu vermeiden.

Benutzer können die Empfindlichkeit über ein Drehrad oder einen Schalter am Sensor einstellen. Im Hausgarten verhindert die einstellbare Empfindlichkeit, dass sich das Licht einschaltet, wenn Haustiere vorbeilaufen. In öffentlichen Bereichen sorgt eine höhere Empfindlichkeit dafür, dass der Sensor Personen aus größerer Entfernung erkennt. Durch die Anpassung der Empfindlichkeit ist der Sensor flexibler für unterschiedliche Umgebungen und Anforderungen.

Hinweis: Die Wahl der richtigen Empfindlichkeitsstufe verbessert sowohl den Komfort als auch die Energieeinsparung. Sie reduziert außerdem unnötige Aktivierungen und verlängert die Lebensdauer der angeschlossenen Geräte.

Ausgabetyp

PIR-Sensoren verwenden Ausgabetypen, die es ihnen ermöglichen, Bewegungserkennung an andere Geräte zu übermitteln. Die meisten Module verfügen über einen digitalen Ausgang. Dieser ändert seinen Zustand, wenn der Sensor eine Bewegung erkennt.

• Der digitale Ausgang bleibt niedrig (0 V), wenn keine Bewegung vorhanden ist.
• Wenn der Sensor eine Bewegung erkennt, wird der Ausgang hoch, normalerweise auf etwa 3,3 V oder 5 V.
• Die Dauer des High-Signals hängt vom internen Timing und den Einstellungen des Sensors ab.
• Einige Module, wie z. B. das AM312, verwenden digitale Signalverarbeitung, um eine zuverlässige Erkennung zu gewährleisten. Der Ausgang bleibt hoch, solange die Bewegung anhält, und kehrt nach einer kurzen Verzögerung auf niedrig zurück.

Dieser digitale Ausgang erleichtert die Verbindung von PIR-Sensoren mit Mikrocontrollern, Relais oder anderen Automatisierungssystemen. Die klaren High- und Low-Zustände vereinfachen die Integration mit Beleuchtung, Alarmanlagen und Smart-Home-Geräten.

Hinweis: Die meisten PIR-Module verfügen nicht über einen analogen Ausgang. Sie verwenden digitale Signale für einen einfachen und zuverlässigen Betrieb.

Strombedarf

PIR-Sensoren arbeiten mit geringem Stromverbrauch und eignen sich daher für batteriebetriebene und energieeffiziente Anwendungen. Jedes Modul hat spezifische Spannungs- und Stromanforderungen.

Die meisten PIR-Module arbeiten in einem Spannungsbereich von etwa 2,7 V bis 20 V DC. Der Ruhestrom, also die Stromaufnahme im Ruhezustand des Sensors, liegt in der Regel unter 80 μA. Diese geringe Stromaufnahme trägt zur Verlängerung der Batterielebensdauer tragbarer oder solarbetriebener Geräte bei. Die Ausgangssignalspannung entspricht gängigen Logikpegeln, wodurch diese Sensoren mit vielen Mikrocontrollern und Steuerschaltungen kompatibel sind.

Der HC-SR505 beispielsweise arbeitet mit 4,5 V bis 20 V Gleichstrom und verbraucht im Leerlauf weniger als 60 μA. Sein digitaler Ausgang schaltet zwischen 0 V (LOW) und 3,3 V (HIGH) um, was für die meisten Automatisierungs- und Beleuchtungssysteme geeignet ist.

Tipp: Überprüfen Sie immer die Spannungs- und Stromanforderungen, bevor Sie einen PIR-Sensor an eine Stromquelle anschließen. Die Verwendung des richtigen Netzteils gewährleistet einen stabilen Betrieb und verhindert Schäden.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile

Die PIR-Sensortechnologie bietet wichtige Vorteile für die moderne Automatisierung und das Energiemanagement. Viele Anwender entscheiden sich aufgrund ihrer Effizienz und Zuverlässigkeit in unterschiedlichen Umgebungen für diese Technologie.

• PIR-Sensoren verbrauchen sehr wenig Energie. Durch ihren passiven Betrieb verbrauchen sie im Standby-Modus typischerweise etwa eine Wattstunde pro Tag. Dieser geringe Stromverbrauch macht sie ideal für solar- und batteriebetriebene Geräte .
• Mit PIR-Sensoren wird die Automatisierung zum Kinderspiel. Sie erkennen menschliche Anwesenheit und lösen Geräte wie Lampen oder HLK-Systeme nur bei Bedarf aus. Dieser Ansatz hilft, unnötigen Energieverbrauch zu vermeiden und unterstützt Energiesparziele.
• Die Technologie unterstützt die Privatsphäre. PIR-Sensoren erfassen Änderungen der Infrarotstrahlung, anstatt Bilder oder Audio aufzunehmen. So schützen sie die Privatsphäre der Bewohner und ermöglichen gleichzeitig die Automatisierung.
• Die Installation ist unkompliziert. Die meisten PIR-Sensoren sind erschwinglich und einfach einzurichten, was eine breite Akzeptanz in Wohnungen, Büros und öffentlichen Räumen fördert.
• Die Sensoren eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, von der Lichtsteuerung bis hin zu Sicherheitssystemen. Ihre Vielseitigkeit macht sie zu einer beliebten Wahl für intelligente Umgebungen.

Tipp: Durch den Einsatz von PIR-Sensoren für den menschlichen Körper in Beleuchtungssystemen kann der Energieverbrauch in manchen Szenarien um bis zu 70 % gesenkt werden.

Einschränkungen

Trotz ihrer zahlreichen Vorteile weisen PIR-Module zur Erkennung des menschlichen Körpers einige Einschränkungen auf, die Benutzer bei der Planung von Installationen berücksichtigen sollten.

• Der effektive Erfassungsbereich hängt vom Design der Fresnel-Linse ab. Typische Erfassungswinkel liegen zwischen 25° und 155°, wodurch einige tote Winkel entstehen können.
• Die Erkennungsgenauigkeit ändert sich mit der Höhe und Entfernung zwischen Sensor und menschlichem Ziel. Die Platzierung spielt eine Schlüsselrolle für die Leistung.
• Die Sensoren haben Schwierigkeiten, stillstehende Personen zu erkennen. Sie basieren auf Veränderungen der Infrarotstrahlung, sodass eine stillstehende Person den Sensor möglicherweise nicht auslöst.
• Das vertikale Sichtfeld ist begrenzt. Diese Einschränkung kann die Erkennung auf Treppen oder in Bereichen mit Höhenunterschieden beeinträchtigen.
• Umweltfaktoren wie Infrarotstrahlung oder elektronische Störungen können die Sensorgenauigkeit beeinträchtigen. Hohe Temperaturen oder starke Sonneneinstrahlung können die Leistung ebenfalls beeinträchtigen.
• Unterschiede im Körperbau und in den Bewegungsmustern können die Zuverlässigkeit der Erkennung beeinflussen. Manche Personen sind möglicherweise schwerer zu erkennen, insbesondere am Rand der Sensorreichweite.

Hinweis: Durch die Kombination von PIR-Sensoren mit anderen Technologien, wie beispielsweise Mikrowellen- oder Ultraschallsensoren, können einige dieser Einschränkungen überwunden und die Gesamtrobustheit des Systems verbessert werden.

Installation und Verwendung

Auswahl eines Sensors

Die Auswahl des richtigen Sensors hängt von mehreren wichtigen Kriterien ab. Jede Anwendung, z. B. Sicherheit, Beleuchtung oder Automatisierung, kann unterschiedliche Sensorfunktionen erfordern. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Faktoren, die bei der Bewertung der Optionen zu berücksichtigen sind:

Ein Sensor mit einstellbarer Empfindlichkeit und hoher Umweltverträglichkeit eignet sich gut für die Außenbeleuchtung. Für die Sicherheit im Innenbereich sind eine schnelle Reaktionszeit und ein zuverlässiger EMI-Schutz wichtig.

Tipps zur Einrichtung

Eine ordnungsgemäße Installation gewährleistet eine präzise Erkennung und reduziert Fehlalarme. Die folgenden bewährten Methoden tragen zur Maximierung der Sensorleistung bei:

1. Installieren Sie Sensoren in einer Höhe von 2,0 bis 2,2 Metern, um eine optimale Abdeckung und Empfindlichkeit zu erzielen.
2. Stellen Sie den Winkel gemäß dem Produkthandbuch ein, um den richtigen Erfassungsbereich beizubehalten.
3. Positionieren Sie den Sensor so, dass der Erfassungsbereich senkrecht zum erwarteten Bewegungspfad steht.
4. Platzieren Sie Sensoren in Raumecken, um die Abdeckung zu maximieren und Störungen zu minimieren.
5. Vermeiden Sie Standorte in der Nähe von Wärmequellen, Klimaanlagen oder Bereichen mit häufigen Temperaturschwankungen.
6. Um Lichtstörungen zu vermeiden, richten Sie die Sensoren nicht auf Glastüren oder Fenster.
7. Halten Sie die Sensoren von großen, beweglichen Objekten wie Bäumen oder Sträuchern fern.
8. Testen Sie nach der Installation den Erfassungsbereich, indem Sie einen S-förmigen Weg entlanggehen, und passen Sie die Empfindlichkeit nach Bedarf an.

Hinweis: Umweltfaktoren wie Temperaturschwankungen, Luftströmungen und Lichtstörungen können Fehlalarme auslösen. Der Einsatz dualer Sensorelemente und spezieller Fresnel-Linsen trägt dazu bei, diese Probleme zu reduzieren. Digitale Signalverarbeitung und die richtige Empfindlichkeitseinstellung erhöhen die Zuverlässigkeit zusätzlich.

Wartung

Regelmäßige Wartung sorgt für einen effizienten Sensorbetrieb. Staub und Schmutz können die Linse verstopfen. Reinigen Sie die Oberfläche daher mit einem weichen Tuch, um die Genauigkeit zu erhalten. Überprüfen Sie das Gehäuse auf Risse oder Beschädigungen, insbesondere bei Außeninstallationen. Überprüfen Sie Kabelverbindungen und Stromversorgung, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten. Tauschen Sie bei batteriebetriebenen Sensoren die Batterien nach Bedarf aus, um Ausfallzeiten zu vermeiden. Regelmäßige Tests durch Abgehen des Erfassungsbereichs bestätigen die korrekte Reaktion des Sensors. Passen Sie die Empfindlichkeit an oder positionieren Sie den Sensor neu, wenn sich die Erfassungsmuster im Laufe der Zeit ändern.

Tipp: Durch planmäßige Wartung und gelegentliche Neukalibrierung wird die Lebensdauer des Sensors verlängert und eine gleichbleibende Leistung gewährleistet.

PIR-Sensoren erfassen Bewegungen durch Veränderungen der Infrarotstrahlung warmer Körper mithilfe pyroelektrischer Sensoren und Fresnel-Linsen. Zu den wichtigsten Vorteilen zählen geringer Stromverbrauch, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz für Sicherheit und Automatisierung. Das Verständnis der Sensorparameter hilft Anwendern, Systeme an unterschiedliche Umgebungen anzupassen und die Genauigkeit zu verbessern. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Stärken und Schwächen:

Zum weiteren Lernen können die Leser technische Artikel lesen oder versuchen, PIR-Sensoren in Automatisierungsprojekte zu integrieren.

Häufig gestellte Fragen

Wofür steht PIR in der Sensortechnologie für den menschlichen Körper?

PIR steht für Passiv-Infrarot. Diese Technologie erkennt die Infrarotstrahlung warmer Objekte, beispielsweise von Menschen, ohne selbst Energie abzugeben. PIR-Sensoren nutzen dieses Prinzip, um menschliche Anwesenheit zu erkennen und Automatisierungssysteme auszulösen.

Was macht PIR-Sensoren energieeffizient?

PIR-Sensoren aktivieren angeschlossene Geräte nur, wenn sie eine Bewegung erkennen. Im Standby-Modus verbrauchen sie sehr wenig Strom, oft weniger als 0,1 Watt. Diese Effizienz trägt zur Reduzierung des Stromverbrauchs bei und verlängert die Batterielebensdauer in Solar- oder Funksystemen.

Wie groß ist die typische Erfassungsreichweite eines PIR-Sensors?

Die meisten PIR-Sensoren erfassen Bewegungen in einem Bereich von 3 bis 12 Metern. Die tatsächliche Reichweite hängt vom Sensormodell, der Linsenausführung und der Montagehöhe ab. Nutzer können zwischen verschiedenen Modellen für Gärten, Flure oder Straßenbeleuchtung wählen.

Welche Faktoren beeinflussen die Genauigkeit der PIR-Bewegungserkennung?

Sensorplatzierung, Erfassungswinkel, Empfindlichkeitseinstellungen und Umgebungsbedingungen beeinflussen die Genauigkeit. Eine ordnungsgemäße Installation und regelmäßige Wartung gewährleisten eine zuverlässige Erkennung. Temperaturkompensation und einstellbare Empfindlichkeit verbessern die Leistung in unterschiedlichen Umgebungen.

Welche Ausgabetypen bieten PIR-Sensoren?

PIR-Sensoren liefern in der Regel einen digitalen Ausgang. Der Ausgang wechselt von niedrig (0 V) auf hoch (3,3 V oder 5 V), wenn eine Bewegung erkannt wird. Dieses Signal kann Lichter, Alarme oder andere Automatisierungsgeräte auslösen.

Was ist Temperaturkompensation bei PIR-Sensoren?

Durch die Temperaturkompensation kann der Sensor seine Empfindlichkeit an die Umgebungstemperatur anpassen. Diese Funktion sorgt für eine präzise Erkennung sowohl in heißen als auch in kalten Umgebungen und reduziert Fehlalarme und verpasste Erkennungen.

Welche Anwendungen nutzen die PIR-Technologie zur menschlichen Körpererkennung?

PIR-Technologie kommt in Lichtsteuerungen, Sicherheitsalarmen, Smart-Home-Geräten, automatischen Türen und Energiesparsystemen zum Einsatz. Sie hilft, Reaktionen auf menschliche Anwesenheit in Wohnungen, Büros und öffentlichen Räumen zu automatisieren.

Was sollten Benutzer bei der Auswahl eines PIR-Sensors beachten?

Anwender sollten Erfassungsbereich, Winkel, Reaktionszeit, Stromverbrauch und Umweltverträglichkeit berücksichtigen. Einstellbare Empfindlichkeit und einfache Installation verbessern das Benutzererlebnis zusätzlich. Die Anpassung der Sensorfunktionen an die Anwendung gewährleistet optimale Leistung.