Sensor de Movimiento PIR
El sensor de movimiento PIR es un dispositivo electrónico ampliamente utilizado para detectar movimiento y presencia humana o animal en un área determinada.
Concretamente, el sensor de movimiento infrarrojo pasivo (PIR, por sus siglas en inglés Passive InfraRed) es el dispositivo electrónico más utilizado para detectar movimiento.
Su funcionamiento se basa en la detección de cambios en la radiación infrarroja del entorno, específicamente en el rango del espectro electromagnético correspondiente al calor.
A diferencia de los sensores infrarrojos activos, los PIR no emiten radiación, sino que la reciben, de ahí su denominación de "pasivos".
El diseño compacto, bajo consumo energético y resistencia a condiciones adversas convierten a estos sensores en herramientas indispensables en automatización y seguridad.
Los detectores de movimiento PIR se utilizan en la mayoría de las aplicaciones domésticas, de iluminación automática y sistemas de alarma básicos.
El símbolo del sensor de movimiento genérico es el siguiente:
Contenidos
Funcionamiento del Sensor de Movimiento PIR
Un detector PIR no emite radiación; en su lugar, utiliza sensores para captar cambios en la radiación infrarroja emitida por objetos calientes, como personas o animales.
Fundamentos Físicos del Sensor de Movimiento PIR
Todo objeto con una temperatura superior al cero absoluto (-273,15 °C o 0 Kelvin) emite radiación infrarroja. La intensidad y la longitud de onda de esta radiación dependen de la temperatura del objeto.
Los seres humanos y los animales emiten radiación infrarroja en el rango de 9-10 μm, que es el rango al que son sensibles los sensores PIR.
Principio de Funcionamiento del Sensor de Movimiento PIR
Un sensor de movimiento PIR típico contiene un sensor piroeléctrico, que es un cristal que genera una carga eléctrica cuando se expone a cambios en la radiación infrarroja. Este sensor está dividido en 2 secciones iguales.
En estado de reposo, ambas secciones reciben la misma cantidad de radiación infrarroja del entorno, generando una señal de salida nula.
Cuando un objeto con una temperatura diferente (como una persona) se mueve dentro del campo de visión del sensor, una de las secciones del sensor recibe más radiación infrarroja que la otra, generando una diferencia de voltaje que activa la señal de alarma.
Componentes Principales del Sensor de Movimiento PIR
Los principales componentes de un detector de presencia PIR son los siguientes:
● Sensor piroeléctrico: es el corazón del detector. Generalmente está fabricado con materiales como tantalato de litio (LiTaO3) o titanato de circonio de plomo (PZT). Genera una señal eléctrica en respuesta a los cambios en la radiación IR.
● Lente de Fresnel: una lente especial con múltiples facetas que enfoca la radiación infrarroja en el sensor piroeléctrico, ampliando el campo de visión y mejorando la sensibilidad. Existen diferentes tipos de lentes diseñadas para diversas aplicaciones:
– Lentes de cobertura amplia: cubren un área grande con un ángulo de visión amplio.
– Lentes de cortina: diseñadas para detectar movimiento a lo largo de una línea, como una puerta o una ventana.
– Lentes de largo alcance: permiten la detección a distancias mayores.
● Circuito electrónico de procesamiento de señal: amplifica la señal del sensor piroeléctrico y la procesa para evitar falsas alarmas causadas por fluctuaciones de temperatura ambiental. Convierte las señales del sensor en una salida lógica (TODO/NADA).
– Amplificación: amplifica la débil señal generada por el sensor piroeléctrico.
– Filtrado: filtra el ruido y las interferencias de la señal. Restringe el paso de la luz visible, permitiendo solo el paso de la radiación infrarroja en el rango de sensibilidad del sensor.
– Comparación: compara la señal con un umbral preestablecido para determinar si se ha detectado movimiento.
– Control de tiempo: implementa los tiempos de respuesta y recuperación.
– Compensación de temperatura: compensa las variaciones de temperatura ambiente para evitar falsas alarmas.
● Carcasa protectora: construida para resistir condiciones ambientales adversas, como lluvia, polvo y temperaturas extremas.
Salidas del Sensor de Movimiento PIR
El tipo de salida más común en los sensores PIR es la salida TODO/NADA. La salida digital ofrece 2 estados:
– Estado alto (ON): indica que se ha detectado movimiento. El voltaje de salida suele ser cercano al voltaje de alimentación del sensor (por ejemplo, 3,3V o 5V).
– Estado bajo (OFF): indica que no se ha detectado movimiento. El voltaje de salida es cercano a 0V (tierra). La protección contra el polvo y el agua se indica con el índice de protección IP del sensor.
Salida a Transistor del Detector de Presencia PIR
El sensor de movimiento PIR detecta el movimiento y activa la base del transistor. Esto permite que la corriente fluya entre el colector y el emisor, cerrando el circuito externo conectado al transistor. Cuando no se detecta movimiento, el transistor se comporta como un interruptor abierto, interrumpiendo el flujo de corriente.
En la salida electrónica a transistor se pueden usar transistores NPN (conmutan la carga a tierra) o PNP (conmutan la carga a positivo). Los transistores MOSFET ofrecen ventajas como una menor corriente de control y mayor velocidad de conmutación.
La salida a transistor proporciona una conmutación rápida y silenciosa, sin partes móviles. Además, el sensor PIR solo necesita suministrar una pequeña corriente para activar el transistor.
La limitada capacidad de corriente del transistor lo limita a controlar dispositivos digitales como microcontroladores, PLCs o bobinas de pequeños relés.
Salida a Relé Electromagnético del Detector de Presencia PIR
Un detector de presencia con salidas por relé electromagnético utiliza un relé electromagnético interno para controlar el circuito externo.
Cuando el sensor PIR detecta movimiento, activa la bobina del relé. La corriente que circula por la bobina crea un campo magnético que atrae un contacto móvil, cerrando o abriendo un circuito independiente.
Puede disponer de los siguientes contactos:
● Normalmente abiertos (NA): en reposo están abiertos, cerrándose cuando se activa el relé.
● Normalmente cerrados (NC): en reposo están cerrados, abriéndose cuando se activa el relé.
● Conmutados (NA/NC): la activación del relé cierra lo contactos NA y abre los contactos NC. Al desactivarse el relé, los contactos vuelven a su estado original.
La salida a relé electromagnético tiene las siguientes características:
– Aislamiento galvánico: dependiendo del tipo de salida a relé electromagnético, el circuito del sensor puede estar completamente aislado del circuito de la carga, lo que proporciona una mayor seguridad y protección contra sobretensiones.
– Alta capacidad de conmutación: los relés pueden controlar cargas de alta potencia (altos voltajes y corrientes), como luces de gran intensidad, motores o electrodomésticos.
– Conmutación mecánica: la conmutación es más lenta que con un transistor y produce un sonido audible ("clic").
– Mayor consumo de corriente: la bobina del relé requiere una corriente mayor para activarse en comparación con la corriente de control de un transistor.
– Vida útil limitada: debido al desgaste mecánico, los relés tienen una vida útil limitada, aunque suelen ser muy duraderos.
En instalaciones domésticas y comerciales de pequeña escala, se suele emplear el esquema de conexión del sensor de movimiento que se alimenta directamente de la red eléctrica a 230 V AC, destinándose principalmente al control automático de circuitos de iluminación. Típicamente suele ser un sensor PIR con salida a relé electromagnético de 3 hilos.
Características del Detector PIR
Las características técnicas principales del detector de movimiento PIR son las siguientes:
● Campo de detección: está dado por 2 parámetros:
– Rango: distancia máxima a la que el sensor puede detectar movimiento. Suele ser entre 5-15 metros.
– Ángulo de cobertura: ángulo horizontal y vertical que el sensor puede detectar. Oscila de 90° a 180°, dependiendo del diseño de la lente.
● Consumo energético: baja potencia, ideal para aplicaciones de batería.
● Tiempo de respuesta: tiempo que tarda el sensor en detectar el movimiento y activar la señal de alarma.
● Tiempo de recuperación: tiempo que tarda el sensor en volver a su estado de reposo después de detectar movimiento.
● Frecuencia de operación: operan en el espectro de 8 a 14 micrómetros, que corresponde a la radiación térmica de cuerpos humanos.
● Inmunidad a falsas alarmas: la capacidad del sensor para evitar activaciones falsas causadas por factores ambientales como cambios bruscos de temperatura, corrientes de aire o mascotas pequeñas.
Aplicaciones de los Sensores PIR
El sensor de movimiento PIR es uno de los dispositivos más utilizados para la detección de movimiento gracias a su bajo coste, eficiencia y simplicidad. Su versatilidad lo hace ideal para múltiples aplicaciones:
– Sistemas de seguridad: los sensores PIR se usan en la mayoría de alarmas antirrobo y cámaras de vigilancia. Detectan intrusos al ingresar en áreas restringidas, activando alarmas o enviando notificaciones.
– Eficiencia energética: se utilizan en sistemas de iluminación automática, encendiendo luces al detectar movimiento, mejorando la eficiencia energética en hogares, oficinas o áreas públicas.
– Ámbito doméstico: estos sensores son comunes en dispositivos de domótica, como interruptores inteligentes que ajustan luces o electrodomésticos en función de la presencia. Además, son empleados en grifos automáticos o dispensadores de jabón, mejorando la higiene.
– Industria: los sensores PIR se integran en sistemas de control de acceso y en la automatización de procesos, optimizando recursos y garantizando seguridad.
Gracias a su capacidad de operar sin contacto físico y a su adaptabilidad, el sensor PIR continúa siendo una excelente solución en una amplia gama de aplicaciones tecnológicas.
Preguntas Frecuentes del Sensor PIR
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