kuriyan60

還暦くりやん旅に出る

若き時代にバッグパッカーとしてアメリカ大陸横断を果たしたくりやんが還暦を向かえ再び海外旅行に挑戦します。 また海外SIMなど個人旅行で必要な事柄を備忘録として記事にしています。

人感センサーモジュール

14 12月

DAISO ダイソー 12SMD&1LED ランタンに人感センサーモジュール HC-SR501 を組み込む

DAISO ダイソー 12SMD&1LED ランタンを改造して、人感センサーモジュール HC-SR501 を組み込んでみました。

前回の製作記も参考にして下さい。



P_20191214_173806_vHDR_On
 上:玄関外で使用中
 下:今回製作中(玄関内部に設置)

人感センサーHC-SR501について
1. 非常に高性能で定評がある。製品のバラツキが少ない。
  これまで何個も製作に使用したが、全て動作した。
2. モジュールに2種類のタイプがある。
  動作モード変更用のジャンパーがついている物とついていない物である。
  今回使用するのはジャンパー無しのモジュールです。
3.  CDSをつけて夜間動作モードに出来る。
  かなり暗くなってから動作させる場合は一工夫必要である。
4. 点灯時間が4,8,16,32秒というようにデジタル的に変化する(推測)
  VRを回しても好みの値にならない。8-10秒の次は16-20秒になる。

ダイソー12LED&1LEDランタンについて
1. 単三3本で動作する。点灯2モード切替SWつき
  12SMDランタンモードと1LEDライトモードの切り替えが可能
2. 12SMDモード
  オリジナルのままでは非常に明るい。
  LEDに大電流が流れるので電流制限抵抗を使用すべきである。
3. 1LEDモード
  砲弾型LEDを1個使用。懐中電灯の代用になる。
  今回はこのスペースにHC-SR501を組み込む。

HC-SR501(動作切替ジャンパー無し)の動作確認
P_20191211_144552_vHDR_On

過去の製作においてこのモジュールの定数を変更した方が良いことが判った。
1. 点灯時間調整用の1MΩ半固定VRを100kΩ半固定VRに変更 
2. CDS(5506)を取り付ける。他のCDSでも概ね同様に使用可
3. BISS0001の5-6ピン間を半田でショートさせておく(下の写真)
P_20181006_193213_vHDR_On
 5-6ピン間ショートでブロックタイムが0になる。


12SMDに追加する回路(写真クリックで大)
P_20191214_172053_vHDR_On
 電流制限用10Ω追加。これで90-120mAとなる。
 HC-SR501の出力を手持ちの2SC1670で受ける。
 BE間の1000pはノイズ除去用(気持ちだけ)

 SMD点灯モード切替SWで、センサーモードと強制点灯モードに切替可能
 (Trのベースに入っている1.5kΩを介して強制点灯させる)

P_20191214_172039_vHDR_On
 実際の配線(クリックで大きく)
P_20191214_172102_vHDR_On
 
P_20191214_172139_vHDR_On

P_20191214_172132_vHDR_On
 1LED部の樹脂をくり抜き、モジュールをグルーで固定
 橙VRは感度調整用 8時~9時方向が良かった。
 青VRは点灯時間調整用 4秒~40秒

P_20191214_172653_vHDR_On
 センサー部回りが未完成
P_20191214_173702_vHDR_On
 ケース裏に磁石を張り金属部に張り付くようにした
P_20191214_173717_vHDR_On
 上:前回再作 ビニルテープで人感センサー領域を制限している
 下:今回製作中のもの

P_20191215_115247_vHDR_On
 センサーモジュールの目隠しカバー(食品トレーなど)
P_20191215_120156_vHDR_On
 ちょっと寸足らず
P_20191215_194913_vHDR_On
 天井に金属ステーをネジ止めし磁石で本体をくっつけている
P_20191215_194838_vHDR_On
 夜間、玄関ドアから入ると点灯する。
 隣の照明は玄関奥にSWがあるので、ON/OFFが面倒。


今回のセンサーモジュールの改造について前回との違い
1. 今回のモジュールは動作モード設定用のジャンパーピンは無い。基板のH、L、はともに3.3Vなので、H-L間は導通しているようだ。
2. BISS0001のセンサー出力側の1kΩは変更せず。
3. CDS(5506)に100kΩをパラにすると暗くなっても点灯しなかったので、今回はつけなかった。5506以外のCDSではパラにする必要があるかも知れない。


(作動状況)
2020/01/02 追記
 40秒点灯の後消灯し再び点灯し、それを繰り返すようになった。過去の事例から電池電圧が低下するとこのセンサーモジュールはこのような症状になることが判っていたので、乾電池の電圧を測ってみた。
 乾電池 消灯時(1本当り) 点灯時(1本当り)
 消耗時  4.15(1.38)  4.05(1.35)
 新品   4.80(1.60)  4.64(1.55)  

(傾向)
センサー感度が良すぎて、少し離れても点灯する。そのため、過去に作ったものより点灯回数が多かった。電池の消耗が早かった。

(対策)
乾電池の消耗を少なくする
1. LEDの電流制限抵抗を1Ω+10Ω+2Ωと大きくした。少し暗くなる。
2. センサーカバーにビニルテープを目隠しとして貼り、感知領域を狭めることにした。好みの領域を決めるまでは何度かトライ&エラーを繰り返す。

(2020/01/07)新たな課題
今回使用したモード選択ピンの無いHWブランドのHC-SR501では、供給電圧が4.7Vを切ると動作が不安定になる。点滅を繰り返すようになる。現状の乾電池3本では交換時期がかなり早まりそう。乾電池4本で使用する、または、動作モード設定用のジャンパーピンのあるセンサーユニットに交換すると直るかも知れない。

(2020/08/27)点滅繰り返し対策
電池電圧が下がったのか、久しぶりに点滅を繰り返すようになった。天井から取り外して乾電池BOXの「動作時電圧」を測定すると、4.05V一本当たり1.352Vであった。そこで3.3V低電圧IC入力の手前にあるダイオードを短絡させてみた。このダイオードの順方向電圧降下分約0.6Vだけ電池電圧を稼げるはずである。これでしばらく様子をみることにした。

(2020/09/07)点滅繰り返し対策 その後
08/27に3.3V低電圧IC入力の手前にあるダイオードを短絡させてみたところ、繰り返し点滅しなくなった。日数が経過し再び点滅するようになれば、その時を電池交換のサインとみなします。

(2020/11/22)点滅繰り返し対策 さらにその後
09/07以降一度も電池交換していないが繰り返し点滅なく正常に動作を続けている。

(2021/01/09)点滅繰り返し対策後 4ヶ月経過
09/07以降一度も電池交換していないが繰り返し点滅なく正常に動作を続けている。3.3V低電圧IC入力の手前にあるダイオードを短絡が功を奏したようだ。

(2021/08/16)点滅繰り返し対策後 約1年経過
2020/09/07以降一度も電池交換していないが繰り返し点滅なく正常に動作を続けている。電池電圧は4.00Vであった。

(2021/09/26)1年少し経過で電池交換
2020/09/07以降一度も電池交換していなかったが、今日玄関外が点滅を繰り返しているのを見つけた。電池電圧は3.99V。1年ぶりに新品電池に交換した。消灯時4.8V。

(2022/01/19)前回から4ヶ月で電池交換
今日玄関外が点滅を繰り返しているのを見つけた。電池電圧は3.4Vまで低下していた。冬はセンサー感度が上がって遠くからでも点灯動作をするようになったので、電池消耗が早くなったようだ。

24 10月

人感センサー HC-SR501を実際に階段に設置した

人感センサーモジュール HC-SR501 の設定(4年半の記録)です。
P_20181006_193349_vHDR_On

最終更新日2023/04/20
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(2018/11/25追記)点灯してから消灯するまでの遅延時間ですが、どうやら4秒間、8、16、32、、、と言うデジタル的に長くなっていくようです。
(2019/01/30追記)安定して動作しています。
(2019/03/02追記)稀にチラつきが発生することがありました。その時は強制点灯させてみると直ります。原因は不明です。それ以外は、安定して動作しています。
(2019/06/03追記)稀にチラつきが発生することがあります。原因はいまだ不明です。それ以外は、安定して動作しています。
(2019/06/22追記)寒い時期には正常だったセンサーですが、夏になり室内温度の上昇に伴い感度が低下して来ました。原因は気温と体温の差が小さくなるためです。センサー感度を上げれば解決するかどうかをテストしてみます。
(2019/08/17追記)猛暑が続き夜でも室温30℃以上で体温との差が少ない。かなり近づかないと人感センサーは働かなくなった。
(2019/09/13追記)ようやく熱帯夜が収まり、夜は25℃以下なってきた。人感センサーの動作が正常に戻ってきた。遠くからでも反応して点灯する。
(2019/10/11追記)涼しくなり人感センサーが次第に正常に働くようになった。
(2019/11/03追記)製作から1年経過、夏場はともかく涼しくなると正常に働くことが確認できた。
(2019/12/09追記)チラつきが発生したので、秋月SSR基板のフォトカプラーの+VCC側からの330Ωの抵抗に1kΩをパラに半田付けして様子をみることにした。チラつきが止まりました。フォトカプラーへの電流を増やしたら動作が安定したようです。
(2020/06/08追記)点灯時間が約8秒と短くなったので、遅延時間VRを右に回したところ、希望の15秒にならずやむなく約30秒で手を打った。部品の経年変化またはVRの位置が微妙にずれたのかも知れない。
(2020/08/11追記)設置後2度目の夏です。猛暑が続き夜でも室温30℃以上で体温の差が少ない。やはり、かなり近づかないとこの人感センサーは働かなくなった。これはHC-SR501の限界でしょう。別のMR-HW06Aはこんなことにはならない。
(2020/09/13追記)HC-SR501基板からBISS0001出力抵抗撤去、CDS並列半固定抵抗撤去して検証中。
(2020/09/16追記)HC-SR501基板に改良を加え、不具合を解消しました。記事は文末です。

(2020/11/22)設置してまる2年が経過しました。気温も下がりセンサーは正常な動作を取り戻しました。快調です。
(2021/05/12)設置して2年半が経過しました。点灯点滅の動作は順調ですが、最近点灯時間が短くなったような気がする。遅延用VRの経年変化かな?
(2021/08/01追記)設置後3度目の夏です。毎年のように熱帯夜の時期はセンサーの働きが悪い。恒例となってしまった。
(2021/10/12追記)10月に入り気温が低下してきたが、人感センサーの感度が鈍いままだったので、センサー感度用VRの位置を中央から5℃くらい右に回したところ復旧した。ひょっとすると冬期は感度が上がり再調整しないといけないかも知れない。
(2022/03/01追記)点灯時間が15秒程度と短くなってしまった。遅延時間調整用VRの経年変化のようだ。VRを回して25秒程度に調整した。
(2022/10/06追記)センサーの働きが悪くなる熱帯夜の季節が過ぎ、10月に入って気温が低下してきた。センサーの働きが正常になった。
(2023/04/20)設置して4年半が経過しました。冬場は非常に安定動作していた。これから暑くなると毎年のように人感センサーの働きが鈍るだろう。

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ここからが本文です。

HC-SR501モジュールについて
人感センサーモジュール HC-SR501 3個246円(1個82円)Aliexpressで購入。中国河南省鄭州市から14日で届いた。
 P_20181005_124933_vHDR_On_1

P_20181006_193349_vHDR_On
MH:黄色いジャンパーピンがあるタイプ(これ)
D-SUNまたはHW:ジャンパーピンが無いタイプ

P_20181005_200558_vHDR_On
右は専用ICのBISS0001、左はHT7133-1 3.3Vレギュレータ

P_20181005_200626_vHDR_On
 PIR人感センサー RLにCDSを取り付ける場所
P_20181006_193227_vHDR_On
 中央の105半固定VRは感度調整用、右の105半固定は点灯時間調整用
P_20181005_200644_vHDR_On

P_20181005_203409_vHDR_On
7133-1 3.3V定電圧IC 安定動作には4.0V以上が必要
電源ON直後に1回出力ONとなり、その後検知しなくてももう1回ONとなることが多い。それからは安定動作になる。

P_20181006_193213_vHDR_On


(改造1)

BISS0001の5-6ピン間ショートでブロックタイム0秒となる。
 注)Vccが3.8Vより低い場合は、OFFの直後にすぐONの繰り返し動作をする。
   5-6ピン間ショートさせなければ、もう少し低い電圧でもこのような動作は発生しない。


黄色ジャンパーピンの位置変更で動作モードが変わる。
 奥2本ショート:常時感知モード(今回はこのモード使用)
 手前ショート:一旦OFFになるモード

P_20181006_193132_vHDR_On_1
モジュール出力をNPNTrのベースへ、コレクタにLEDと1kΩ、エミッタはGND

※モジュールへの入力電圧3.8V以下は出力不安定となりLEDが点滅
 5.0~12.0V安定動作 センサーONで消費電流1.97mA程度
人感センサー回路図1538739947232
 回路図はネットより(クリックで拡大)


(SSRとの接続1)
HC-SR501モジュールの出力をSSRに入力
P_20181008_173934_vHDR_On
HC-SR501モジュールと秋月SSRキット(30年位前の古いもの)で動作確認


(改造2)CDS追加 
P_20191211_143807_vHDR_On
 秋月で買ったCDSを取り付けた。5506(約500Ω~1MΩ)
 白いフレネルレンズカバーに収まるようにCDSの高さを低くしておくこと。


(改造3)出力抵抗値の変更(した結果夏季に不具合発生)
 BISS0001の2番ピンは1kΩの抵抗を経てOUTに至る。この抵抗と並列に220Ωを空中配線で追加(写真、合成抵抗180Ω)。新しく買った秋月SSRのフォトカプラー入力側に220Ωの抵抗を直列に入れたので合計400Ωとなる。VCC+5VでON時の出力電流は実測値4mAとなり、フォトカプラーが動作したのでフォトカプラー駆動用TRが不要となった。但し出力電流は10mA以下とすること。
P_20181008_190925_vHDR_On
(2020/09/13追記)夏季に点灯が動作不安定になるので、BISS0001の2番ピンに空中配線した抵抗を撤去し、このモジュールの出力を2SC945で受ける回路に変更した。
P_20200913_093950_vHDR_On
 2SC945のベースに1kΩ、コレクタはSSRのマイナス端子、エミッターはGND
P_20200913_093814_vHDR_On
 秋月SSRの入力端子側に2SC945などを空中配線。

(10/22追記)モジュールのカバー
ダイソーでバスライトなる物を見つけた。センサーモジュールが入りそうなので購入したが、やや浅かったかな。3色に変化するLEDだけでも100円の値打ちはある。
P_20181021_170125

P_20181021_173803
蓋をくり貫いて受光部を収める。やや浅いので周辺は感知しないかも知れない。

P_20181021_195838
 茶色基板:AC100VをDC5V(4.9V)に変換するトランスレスDCコンバーター
     出力電流10mAで4.6V 感応時3~4mAの消費電流で4.88V
 緑基板:秋月のフォトダイアック使用のSSRキット(最近買ったやつ)+放熱版
 ケース:ダイソーで3個100円
P_20181022_131518
 赤端子はSSRからの出力でこれがLED電球への通電スイッチとなる。
 その端子の下にACコードが見える。


(センサーモジュールの設置)

P_20181024_133102
 2階の天井から階段を見下ろすようにセンサー部を設置

P_20181024_133146
 消灯時

P_20181024_133130
 点灯時(1階階段下から2階のセンサーを見上げたところ)


動作上の課題
 ①センサー感度VRを右一杯に回すと点灯消灯がばたつく。現在真ん中から少し左で解決。
 ②遅延時間VRの位置が非常にシビアで、4秒間では短すぎ、少し右に回すと8~10秒に飛んでいってしまう。現在1/4から少し右に回したところで15秒になる。これで階段の上り降り+アルファで遅延時間として解決。VRを回すと2/4/8/16/32/64秒と飛び飛びに増えていく感じ。
 ③まわりが明るいのに点灯してしまう。夕暮れ・早どき問題。
 ④またレンズの方向も上手く調整する必要がある。


(10/27追記)
③夕暮れ・朝どきの明るい時に点灯する課題解決
 昼間はほとんど0Ωに近いCDSの抵抗値は暗くなると抵抗値が大きくなる。センサー制御IC BISS0001の9番ピン=A点が、VccであるB点に1MΩでプルアップされている。かなり暗くなってから点灯させるには、これを取り去りA点と9番ピンの間に入れる方法があるようだ。
 独自の方法として暗くなってもA点の電位が上がらないようにCDSに並列に抵抗をかましてみた。1MΩでは変化なし。500KΩ半固定VRで探ると50KΩ程度の低い抵抗値で良いことがわかった。100KΩの半固定VRが無いので、33KΩ半固定VRと33KΩの抵抗を使った。スペースの関係で回路図の位置になったが、CDSと並列であればどこでも良い。
P_20181027_140703
 CDSの暗抵抗が小さくなった分、相当暗くならないと人感センサーが働かくなった。デメリットとして、待機電流が33uAから50uA近くに増えたが、トランスレス電源5Vなので気にしない。
(2020/09/13追記)半固定VRと抵抗の直列抵抗値が64kΩで好みの暗さで点灯したので、CDSに並列につける抵抗は68kΩ1本だけにした。


(10/29追記)
④レンズの方向を調整する課題解決
 センサー部が30gと軽いのでVVFの白い銅線を天板に固定し、角度調整は曲がりやすい銅線で調整できるようにした。これで2階天井付近から1階階段ステップまで人感センサーが反応するようになった。
P_20181029_123523
 白いVVFケーブルをケースに挿しグルーで固めた。

P_20181029_125324
 天井に白いVVFケーブルを固定。VVFは銅線なのでフレキシブルに方向や角度が変えられる。

P_20181029_125906
 1階階段下を向くように調整。センサー部のケーブルを隠す工夫が必要。


新たな課題(11/8追記)
 動作継続時間調整用1MΩVRの調整が非常にやりづらい。
4~5秒の次は8~9秒、20秒くらいと少し回すだけで大きく変化し、希望の10~15秒の設定が困難である。
P_20181108_100908
 明暗度感度調整:CDSに並列に100KΩVRをつなぐ。

 暗くなるとCDSの抵抗値が上昇し、9ピンの電圧上昇でONとなる。オリジナルではあまり暗くなくてもONとなったが、並列にVRをつなぐとCDSの抵抗値が下がり、結構暗くならないとONしなくなった。(再掲)

P_20181108_100950
 動作時間調整:オリジナルの1MΩVRの両端に47KΩの抵抗を半田付け

 これで、VR左一杯で数秒保持、右一杯で30~40秒となる。VRの位置が9時方向で20秒程度となったが、この辺の位置は相変わらずクリティカル過ぎて調整しにくい。VRの特性だろう。結局この並列抵抗の効果は薄い。
 ただし、VRを例えば50~100KΩに変更すれば、希望の15~20秒がスムーズに設定できるかも知れない。

P_20191211_144552_vHDR_On
 動作時間調整:オリジナルの1MΩVRを100kΩVRに交換
 7時方向で40秒、12時方向で約15秒、15時方向で3秒程度の遅延
(11/9追記)
 1MΩVRの足をニッパでカットして、100kΩ半固定VRに付け替えたところ数秒~40秒の範囲となった。(解決)

(11/25追記)遅延時間ですが、どうやら4秒間、8、16、32、、、と言うデジタル的に長くなっていくようです。



(SSRとの接続2)SSRにFOTEK SSR-25DAを使う
 このHC-SR501人感センサーでFOTEK SSR-25DA(コピー品約300円)で比較的大電流の複数並列の電球負荷をスイッチングさせる。
P_20181106_081044
 トリガー電流が2.2mA以上あればいいことが判った。実装では3~5mA流すことになる。モジュールから直接SSRを動作させられないので、2SC945でSSRからの電流を吸い込む小さな基板をモジュール上に追加した。
P_20181108_100908

P_20181108_101034
 SSR-25DAのDC入力電圧が4~10Vで電流3~5mAとなり、SSRを十分トリガー出来た。(解決)


(2020/09/16追記)HC-SR501基板に改良を加え、不具合を解消しました。
改良点
1.HC-SR501に付加していた抵抗を取り去り、一旦オリジナルに戻す。
2.CDSに並列に68kΩを付加した。
3.遅延用1MΩのVRを100kΩVRに変更した。
4.センサーからの出力を2SC945で受け、SSR基板の光カプラーを制御するよう変更した。

2.について
 これまでの経験から設置場所が暗くなった時に点灯するのは64kΩ辺りであると判っていたので、CDSと並列の半固定VRを取り去り、68kΩの固定抵抗に変更した。結果は抵抗が大きくなった関係で十分暗くなる一歩手前の暗さでLED電球が点灯するようになった。
P_20200916_134401_vHDR_On
 写真中央に68kΩが見える。これはCDSに並列。クリックで拡大
 白い半固定VR100kΩが見える。

3.について
 1MΩ半固定VRを100kΩに変更する消灯までの遅延時間15秒付近が調整しやすくなった。現在は15~20秒で消灯する。

4.について
 2SC945でセンサー出力をバッファーすると不自然な点滅が解消された。これまではBISS0001から直接SSR基板の光カプラーを駆動させていた。夏季に点滅が見られるのはこの負荷が原因であった。
P_20200913_093950_vHDR_On
 Vcc側の抵抗は330Ωで、センサーON時で約9mA流れている。
P_20200913_093814_vHDR_On
 2SC945をSSR基板入力側に空中配線した。


以下は
(2019/12/14追記)HC-SR501の別の製作記事です。
 


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