Funktionsprinzip und Spezifikationen des PIR-Sensors HC-SR501

Durch die Erkennung von Veränderungen der Infrarotstrahlung von Menschen oder Tieren bietet der PIR-Sensor HC-SR501 einen einfachen digitalen Ausgang, der Lichter, Alarme oder Steuerungssysteme auslösen kann.In diesem Artikel werden das Funktionsprinzip, die Anwendungen, die Pinbelegung, der interne Schaltplan, die Spezifikationen, die Funktionen und mehr des PIR-Sensors HC-SR501 erläutert.

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Übersicht über den PIR-Sensor HC-SR501

Der PIR-Sensor HC-SR501 ist ein beliebtes Bewegungserkennungsmodul, das häufig in Sicherheitssystemen, automatischer Beleuchtung, Robotik und Smart-Home-Anwendungen eingesetzt wird.„PIR“ steht für Passive Infrarot, was bedeutet, dass es Veränderungen in der Infrarotstrahlung erkennt, die von warmen Objekten wie Menschen oder Tieren abgegeben wird.Im Gegensatz zu aktiven Sensoren sendet er kein Signal aus;Stattdessen erfasst es Bewegungen passiv über seinen eingebauten Infrarotdetektor in Kombination mit einer speziellen Fresnel-Linse, die seinen Erfassungsbereich erweitert.

Innerhalb des Moduls wird der Ausgang des PIR-Sensors verarbeitet BISS0001 Es verfügt über einen Steuerchip und ein Netzwerk aus Widerständen und Kondensatoren, die es ihm ermöglichen, Geräusche zu filtern, Empfindlichkeitsstufen einzustellen und zu bestimmen, wie lange der Ausgang aktiviert bleibt, nachdem eine Bewegung erkannt wurde.Der HC-SR501 bietet einen einfachen digitalen HIGH/LOW-Ausgang, der problemlos von Mikrocontrollern wie Arduino, ESP32 oder Raspberry Pi gelesen werden kann.

Details zur Pinbelegung des PIR-Sensors HC-SR501

Pin Name	Etikett auf Modul	Beschreibung
VCC	VCC	Stromversorgung Eingang, typischerweise 4,5 V – 20 V DC
AUS	AUS	Digitaler Ausgang Pin, geht HIGH, wenn eine Bewegung erkannt wird, und LOW, wenn im Leerlauf
GND	GND	Bodenreferenz für Strom und Signal

Alternativen und gleichwertiges Modell

• AM312 PIR-Bewegungssensor

• AM412 PIR-Bewegungssensor

• HC-SR505 PIR-Bewegungssensor

• RE200B PIR-Sensormodul

• DYP-ME003 PIR-Bewegungssensor

• Panasonic EKMC1601111 PIR-Sensor

• Panasonic EKMB1101111 PIR-Sensor

Komponenten des PIR-Sensormoduls HC-SR501

• Pyroelektrisches Infrarot-Sensorelement - Erkennt Veränderungen der Infrarotstrahlung, die durch menschliche oder tierische Bewegungen verursacht werden, und wandelt sie in kleine elektrische Signale um.

• Fresnel-Linse - Fokussiert und verteilt Infrarotstrahlung auf dem Sensorelement, um den Erfassungsbereich und den Abdeckungsbereich zu vergrößern.

• BISS0001 PIR-Controller-IC - Verarbeitet das Rohsignal des pyroelektrischen Sensors und kümmert sich um Verstärkung, Filterung, Timing und Triggerlogik.

• Potentiometer zur Empfindlichkeitsregelung - Ermöglicht die Einstellung, wie leicht Bewegung erkannt wird, indem die Verstärkung der Signalverarbeitungsstufe geändert wird.

• Potentiometer zur Zeitverzögerungssteuerung – Legt fest, wie lange der Ausgang aktiv bleibt, nachdem eine Bewegung erkannt wurde.

• Triggermodus-Jumper - Wählt das Betriebsverhalten des Sensors aus, z. B. kontinuierliches Retriggern oder Single-Trigger-Betrieb.

• 3,3 V Spannungsregler - Bietet unabhängig von Eingangsspannungsschwankungen eine stabile interne Betriebsspannung für den Sensor und den Steuer-IC.

• Filter- und Zeitkondensatoren - Stabilisieren Sie die Stromversorgung und definieren Sie Signalfilterung und Verzögerungseigenschaften für eine zuverlässige Erkennung.

• Signalaufbereitungswiderstände - Arbeiten Sie mit Kondensatoren, um Rauschen zu filtern, Vorspannungspegel festzulegen und eine genaue Bewegungserkennung sicherzustellen.

• Anzeigekomponenten (LED/Treiberschaltung) - Wird zur visuellen Anzeige oder zum Puffern des verarbeiteten Signals verwendet, bevor es die Ausgangsstufe erreicht.

Schaltplan des internen Schaltkreises HC-SR501

Das interne Schema des PIR-Sensors HC-SR501 zeigt, wie winzige Infrarotänderungen erkannt, verstärkt, verarbeitet und in eine saubere digitale Ausgabe umgewandelt werden.Auf der Eingangsstufe erkennt das PIR-Sensorelement Änderungen der Infrarotstrahlung, die durch menschliche Bewegungen verursacht werden.Dieses Signal ist extrem schwach und wird daher zunächst durch Vorspannungswiderstände und Kondensatoren gefiltert und stabilisiert, um Rauschen und Temperaturdrift zu reduzieren.

Das Herzstück der Schaltung ist der PIR-Controller-IC BISS0001, der die Signalverstärkung, den Vergleich und das Timing übernimmt.Die umgebenden Widerstände und Kondensatoren, die mit diesem IC verbunden sind, bilden Bandpassfilter, die langsame Temperaturänderungen und hochfrequentes Rauschen entfernen und nur bewegungsbezogene Signale durchlassen.Einstellbare Komponenten in diesem Abschnitt definieren die Empfindlichkeit und Verzögerungszeit des Sensors.

Die Ausgangsstufe enthält einen Transistortreiber, der das Logiksignal des IC in einen stabilen HIGH/LOW-Ausgang umwandelt, der für Mikrocontroller geeignet ist.Ein Spannungsregler sorgt für einen konsistenten Betrieb über einen weiten Eingangsspannungsbereich, während zusätzliche Kondensatoren für die Filterung der Stromversorgung sorgen und eine zuverlässige Bewegungserkennung ermöglichen.

Technische Daten des PIR-Sensors HC-SR501

Parameter	Spezifikation
Sensortyp	Passives Infrarot (PIR) Bewegungssensor
Betrieb Spannung	4,5 V bis 20 V DC
Ausgangsspannung	3,3 V logisch HIGH (TTL-kompatibel)
Ausgabetyp	Digital (HOCH wenn Bewegung erkannt wird, LOW im Leerlauf)
Aktuell Verbrauch	< 50 µA (Standby)
Erkennung Entfernung	Bis zu 7 m (einstellbar)
Erfassungswinkel	Ca.110°
Verzögerungszeit	Einstellbar, ~5 Sekunden bis ~300 Sekunden
Empfindlichkeit Anpassung	Ja (über Bord Potentiometer)
Triggermodus	Wiederholbar (H) / Nicht wiederholbar (L)
Betrieb Temperatur	−20 °C bis +80 °C
Aufwärmzeit	~30–60 Sekunden
Integrierter IC	BISS0001 PIR Controller
Regulator	Eingebaute 3,3 V Spannungsregler
Objektivtyp	Fresnel-Infrarot Objektiv

Funktionen des PIR-Sensors HC-SR501

• Passive Infrarot-Erkennung – Erkennt Bewegungen durch Erkennen von Veränderungen in der von Menschen oder Tieren ausgesendeten Infrarotstrahlung, ohne selbst Energie auszusenden.

• Großer Betriebsspannungsbereich – Unterstützt Eingangsspannungen von 4,5 V bis 20 V und ermöglicht so den direkten Einsatz mit verschiedenen Stromquellen und Steuerplatinen.

• Einstellbare Empfindlichkeitssteuerung – Mit dem integrierten Potentiometer können Benutzer je nach Entfernung und Umgebung fein einstellen, wie leicht Bewegungen erkannt werden.

• Einstellbare Ausgangsverzögerungszeit – Die Dauer des Ausgangs HIGH kann von einigen Sekunden bis zu mehreren Minuten nach Bewegungserkennung eingestellt werden.

• Digitales Ausgangssignal – Bietet einen stabilen HIGH/LOW-Ausgang, der direkt mit Mikrocontrollern verbunden werden kann.

• Wiederholbare und nicht wiederholbare Triggermodi – Die Jumper-Auswahl ermöglicht entweder eine kontinuierliche Triggerung oder einen Einzeltrigger-Betrieb pro Bewegungsereignis.

• Großer Erfassungswinkel – deckt etwa 110° ab und ermöglicht so die effektive Überwachung eines großen Bereichs.

• Geringer Stromverbrauch – Verbraucht im Standby-Modus sehr wenig Strom und eignet sich daher für batteriebetriebene Anwendungen.

• Eingebauter Spannungsregler – Gewährleistet einen stabilen internen Betrieb und eine stabile Ausgangsspannung trotz Schwankungen der Versorgungsspannung.

• Fresnel-Linsendesign – Verbessert den Erfassungsbereich und die Empfindlichkeit durch Fokussierung der Infrarotenergie auf das PIR-Sensorelement.

Verwendung des PIR-Bewegungssensors

Der HC-SR501 wird über eine Gleichstromversorgung mit Strom versorgt und üblicherweise an Mikrocontroller wie Arduino angeschlossen.Nach dem Einschalten benötigt der Sensor eine kurze Aufwärmphase, um sich zu stabilisieren und an die Infrarotumgebung anzupassen.Während dieser Zeit erstellt es eine Basislinie für die Umgebungswärme, die es ihm ermöglicht, Bewegungen genau zu erkennen, sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist.

Das Herzstück des Moduls ist der pyroelektrische Sensor, der Veränderungen der von Menschen oder Tieren abgegebenen Infrarotstrahlung erkennt.Dieser Sensor erkennt keine stationären Objekte;Stattdessen reagiert es auf Bewegungen, die eine Veränderung der Wärmemuster verursachen.Der Sensor wird von einer Fresnel-Linse abgedeckt, die den Erfassungsbereich erweitert und die Empfindlichkeit verbessert, indem sie Infrarotenergie auf das Sensorelement fokussiert.Das Entfernen der Linse verringert die Reichweite und schränkt den Erfassungsbereich ein.

Das Modul verfügt über zwei integrierte Potentiometer, die die Empfindlichkeit und die Ausgangsverzögerungszeit steuern.Die Empfindlichkeitseinstellung bestimmt, wie leicht eine Bewegung erkannt wird, während die Verzögerungssteuerung definiert, wie lange das Ausgangssignal aktiv bleibt, nachdem eine Bewegung erkannt wurde.Diese Steuerungen ermöglichen eine Feinabstimmung des Sensors für verschiedene Umgebungen, beispielsweise kleine Räume oder weite offene Räume.

Über einen Jumper auf der Platine wird das Auslöseverhalten des Sensors ausgewählt.In einem Modus wird der Ausgang kontinuierlich neu getriggert, solange Bewegung vorhanden ist.Im anderen Modus wird der Ausgang einmal pro Erkennungsereignis aktiviert und wartet auf den Ablauf der Verzögerungszeit, bevor er erneut reagiert.Aufgrund dieser Flexibilität eignet sich der HC-SR501 sowohl für einfache Bewegungsalarme als auch für die kontinuierliche Belegungserkennung.

Wenn eine Bewegung erkannt wird, gibt der Sensor ein digitales HIGH-Signal aus, das einen Mikrocontroller-Eingang, ein Relaismodul oder eine Anzeige-LED direkt ansteuern kann.Bei richtiger Platzierung, stabiler Stromversorgung und korrekter Einstellung von Empfindlichkeit und Timing wird der PIR-Bewegungssensor HC-SR501 zu einer zuverlässigen Lösung für bewegungsbasierte Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen.

HC-SR501 PIR-Sensor mit Arduino

Das Diagramm zeigt, wie der PIR-Bewegungssensor HC-SR501 an ein Arduino-Board angeschlossen wird, um menschliche Bewegungen zu erkennen und ein Ausgabegerät, beispielsweise eine LED, auszulösen.Der PIR-Sensor verfügt über drei Hauptpins: VCC, OUT und GND.In der gezeigten Verkabelung ist VCC mit dem 5-V-Pin des Arduino verbunden, um den Sensor mit Strom zu versorgen, GND ist mit der Arduino-Masse verbunden und der OUT-Pin ist mit einem der digitalen Eingangspins des Arduino verbunden.

Wenn keine Bewegung erkannt wird, hält der PIR-Sensor seinen OUT-Pin auf LOW und der Arduino erkennt dies als keine Aktivität.Wenn sich eine Person im Erfassungsbereich des Sensors bewegt, erkennt das PIR-Element eine Veränderung der Infrarotstrahlung.Die interne Schaltung verarbeitet diese Änderung und setzt den OUT-Pin auf HIGH.Der Arduino überwacht diesen Pin kontinuierlich und reagiert, wenn das Signal seinen Zustand ändert.

In diesem Setup nutzt der Arduino das HIGH-Signal des PIR-Sensors, um eine LED einzuschalten, die an einen seiner digitalen Ausgangspins angeschlossen ist.Dies zeigt, wie die Bewegungserkennung in eine einfache Steueraktion umgewandelt werden kann.Das gleiche Prinzip kann zum Auslösen von Alarmen, Lichtern oder anderen Geräten angewendet werden, was den HC-SR501 zu einem praktischen Sensor für bewegungsbasierte Automatisierungsprojekte macht.

HC-SR501 PIR-Sensoranwendungen

• Bewegungsaktivierte Beleuchtungssysteme

• Sicherheits- und Alarmsysteme

• Smart-Home-Automatisierung

• Automatische Türsteuerung

• Geräte zur Einbrucherkennung

• Energiesparende Beleuchtungslösungen

• Automatische Lüfter- oder Gerätesteuerung

• Belegungserkennungssysteme

• Robotik-Bewegungserkennung

• IoT-basierte Überwachungssysteme

Vergleich: HC-SR501 vs. HC-SR505

Parameter	Spezifikation
Sensortyp	Passives Infrarot (PIR) Bewegungssensor
Betrieb Spannung	4,5 V bis 20 V DC
Ausgangsspannung	3,3 V logisch HIGH (TTL-kompatibel)
Ausgabetyp	Digital (HOCH wenn Bewegung erkannt wird, LOW im Leerlauf)
Aktuell Verbrauch	< 50 µA (Standby)
Erkennung Entfernung	Bis zu 7 m (einstellbar)
Erfassungswinkel	Ca.110°
Verzögerungszeit	Einstellbar, ~5 Sekunden bis ~300 Sekunden
Empfindlichkeit Anpassung	Ja (über Bord Potentiometer)
Triggermodus	Wiederholbar (H) / Nicht wiederholbar (L)
Betrieb Temperatur	−20 °C bis +80 °C
Aufwärmzeit	~30–60 Sekunden
Integrierter IC	BISS0001 PIR Controller
Regulator	Eingebaute 3,3 V Spannungsregler
Objektivtyp	Fresnel-Infrarot Objektiv

Mechanische Abmessungen

Fazit

Die einstellbare Empfindlichkeit, die konfigurierbaren Auslösemodi und der unkomplizierte digitale Ausgang des HC-SR501 PIR-Sensors machen ihn flexibel für verschiedene Umgebungen und Anwendungsfälle.Wenn Sie verstehen, wie der Sensor Bewegungen erkennt, wie seine internen Schaltkreise Signale verarbeiten und wie er richtig konfiguriert und angeschlossen wird, können Sie Fehlauslösungen erheblich reduzieren und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems verbessern.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Warum löst der PIR-Sensor HC-SR501 zufällig und ohne Bewegung aus?

Eine zufällige Auslösung wird normalerweise durch elektrisches Rauschen, eine instabile Stromversorgung, plötzliche Temperaturänderungen oder falsche Empfindlichkeitseinstellungen verursacht.Durch die Verwendung einer stabilen Stromquelle und eine Verringerung der Empfindlichkeit können Fehlauslösungen reduziert werden.

2. Kann der PIR-Sensor HC-SR501 Bewegungen durch Wände oder Glas erkennen?

Nein, der HC-SR501 kann keine Bewegungen durch Wände oder Glas erkennen, da Infrarotstrahlung feste Objekte oder Glasoberflächen nicht effektiv durchdringt.

3. Wie hoch ist der maximale Ausgangsstrom des HC-SR501 OUT-Pins?

Der OUT-Pin ist nur für Signale mit Logikpegel ausgelegt und sollte Hochstromlasten nicht direkt ansteuern.Er wird am besten als Mikrocontroller-Eingang oder mit einem Relais oder Transistor für höhere Lasten verwendet.

4. Wie lange muss sich der PIR-Sensor HC-SR501 nach dem Einschalten stabilisieren?

Nach dem Einschalten benötigt der Sensor normalerweise 30 bis 60 Sekunden, um sich zu stabilisieren. Während dieser Zeit kann der Ausgang schwanken und sollte ignoriert werden.

5. Funktioniert der HC-SR501 zuverlässig im Freien?

Es kann im Freien unter geschützten Bedingungen verwendet werden, direkte Sonneneinstrahlung, Regen, Wind oder schnelle Temperaturschwankungen können jedoch die Genauigkeit beeinträchtigen und zu Fehlerkennungen führen.

6. Wie kann der Erfassungsbereich des PIR-Sensors HC-SR501 reduziert werden?

Sie können den Erfassungsbereich verringern, indem Sie die Empfindlichkeit mithilfe des integrierten Potentiometers verringern oder die Fresnel-Linse teilweise abdecken.

7. Erkennt der HC-SR501 Haustiere oder Kleintiere?

Ja, es kann Haustiere erkennen, wenn ihre Körperwärme und Bewegung in den Erfassungsbereich des Sensors fallen, insbesondere bei höheren Empfindlichkeitseinstellungen.