「人が近づくとLEDを光らせたい」
「手をかざしたら水をだしたい」
「上司が来たらPC画面を切り替えたい」
そんなときには「人感センサ」。
今回はそんな「人感センサ」の便利商品と、ちょっと詳しい使い方を解説しようと思う。
あなたのDIYの参考になれば幸いだ。
目次
簡単に使える100均 ダイソー人感センサ
ダイソーは２種類
ダイソー 人感センサーケーブル
ダイソー 人感・明暗センサーLEDライト
簡単に使いたいならダイソーの人感センサーがおすすめ。
ダイソーやセリアの人感センサーは大きく２種類ある。ケーブルタイプとLEDライト一体型。
「人感センサーケーブル」はUSBの電源をON-OFFできるスイッチ。LEDテープライトと組み合わせて使える。
LEDガーランドなどにも使える。
「人感・明暗センサーLEDライト」は充電式でLED照明とセンサが一体になったスタンドアロンのライトだ。
クローゼット、玄関にペタッと貼り付けて使う便利アイテムだ。
簡単に使えて330円という破格の値段はとてもありがたい。
がしかし、入手性がとても悪い。人気があり、ダイソーネット通販では常に在庫切れで店舗でも品薄だ。
特に人感センサーケーブルは実店舗で見たことがない。僕だけだろうか？
ってことでDIYの精神に則り「無いなら自分で作れ」を体現しようと思う。
いつでも手に入る人感センサーを使ってDIYしていこう。
DIYで人感センサを扱う方法
人感センサは物体から発する赤外線の変化を検出するセンサーだ。
その赤外線センサーには大きく2種類ある。
方法１：赤外線センサ（回路一体型）
回路一体型の赤外線センサは、センサ＋レンズ＋電子回路が一体となったタイプ。
電源と出力信号1本だけで構成されており、とてもシンプル。
コンパレータや増幅回路が不要で、出力がデジタルなのでとても扱いやすいのが特徴だ。
センサの検出感度を調整できないタイプが多いが、最終的なコストは安いので電子工作では人気。
方法２：赤外線センサ＋フレネルレンズ
左の白いドーム状のやつが赤外線を集光するフレネルレンズ、右の銀色のやつが焦電型赤外線センサ。
合計200円くらい。お？安いやんけ！と思えるが、ここから制御回路が必要になる。
この赤外線センサ単体では出力がアナログなので、平滑回路、コンパレータが必要になる。
コンパレータの閾値を調整してやれば感度を調整することができる。
微調整できるメリットはあるけど、手間とコストは割高になる。そしてDIYで感度調整を必要とするシーンは極めて少ない。
ってことで、僕は回路一体型を手に取ることが多い。
電子工作になじみが少ないひとには敷居が高い。めんどくさい。なのでよほどの理由がない限り選択することは無いと思う。
回路設計できる人向け。
一応購入先を載せておく。秋月電子さんで入手できる。
焦電型赤外線センサ D205B
フレネルレンズ S9001
今回扱う人感センサ 赤外線センサ（回路一体型）
扱いやすい回路一体型
今回使うのはパナソニックの赤外線センサ「PaPIRs VZシリーズ」の「EKMC1601112」。
とても人気があって、多種多様な家電や産業機器に使われている人気の赤外線センサ。
このPaPIRsシリーズは定番中の定番センサーですごく扱いやすい。DIYで使われるセンサーとしてはおそらくシェアNO1だと思う。
レンズの色は写真の黒以外にも、白、パールホワイトがある。遠くまで検知できる遠距離型もある。
この赤外線センサの特徴をまとめると
・入手性が良い
・580円/個
・検知距離５ｍと広い
・電源3～6V（USBが使える）
・デジタル出力
・φ10ｍｍ、長さ15ｍｍと小型
・高い信頼性と省電力
・白、黒、パールがある
USB電源、電池駆動でも動かせるのはポイントが高い。
何よりも供給が安定しており、入手性が抜群に高い。
みんな大好き「秋月電子」さん、「mouser」さん、「Digi-key」さんなどのネット通販ですぐに手に入る。
・秋月電子 EKMC1601112
パナソニックさんの公式HPも載せておく。
・パナソニック パピルスシリーズ
世界で1億個以上売れてらしい。すごいね。
感度1.7倍ｘ1.4倍＝2倍の高感度仕様もあるみたい。。。。。
。。。
。。。。。
フフッとなってしまった。。。。。。退〇忍が頭をよぎった。。。。。もう末期だね。
ブロック図
内部のブロック図。
供給された電源Vddを安定化させる電源、センサからのアナログ出力をアンプで増幅し、コンパレータでデジタル出力している。
タイミングチャート
物体を検出したらセンサ出力がHiとなる。HI電圧＝電源電圧と考えてOKだ。正確にはVmin＝電源-0.5V。
非検出のLow電圧はほぼ0V。LowVmax＝0.1V程度を想定すればOK。
出力電流はMax100μAと低いので、５Vで使うなら50KΩ以上の抵抗で受けてやろう。
オペアンプなどのハイインピーダンスで受けるのはおすすめしない。ノイズや静電気に弱くなる。今回は180KΩを使った。
電源投入直後の30秒間は出力が安定しない。電源入れっぱなしで使うので気になることは無いと思うけどね。
ピンアサイン
実際の検出動作を確認してみた
配線例
Vdd端子：USBの電源５Vを接続
Output端子-GND間：180KΩ抵抗を接続。Hi電流＝約28μA。
GND：USBのGNDへ接続
今回は赤外線センサの動作を確認するために、上記のような配線にしている。
オシロスコープを使って抵抗R180KΩ間に印加される出力電圧を確認してみた。
実際に赤外線センサを使うときは、トランジスタを介してリレーを動かしたり、マイコンに接続しよう。
赤外線センサの検出範囲 5ｍ
データシート上は検出範囲５ｍ。手のひらくらいのサイズでも十分検出してくれる。
写真のように１０ｃｍくらいの距離でも問題ない。
かなり厳しめの角度の指先くらいの小さいものでも検出してくれる。
あまり角度を付けたくないときは、周囲を遮蔽して指向性を持たせてやろう。
手を動かし続けた場合の検出動作
赤外線センサの前で手を動かし続けた場合の出力波形を示す。手を動かすことで赤外線の変動がある状態を保持している。
センサ出力は常に検出を保持しておらず、約１秒ごとに２０～５０ｍｓほど非検出＝Ｌｏｗとなっている。
１秒ごとにHi-Lowを繰り返しているので、センサの出力信号を制御するときは注意しよう。
「LOWを検出したらすぐに消灯」のような制御だと、１秒ごとに点滅ような動作になってしまう。
LOWを数秒保持したらじんわり消灯のような動作がいいんじゃないだろうか？
アナログ回路ならCR回路で時定数を調整してやろう。マイコンならソフトでdelayを入れてやればOK。
センサ前を手が通過したとき
手を動かす速さにもよるけど、検出後３～4秒くらいで非検出LOWに落ち着いた。
センサ前を手が通り過ぎて1秒Hiを保持するわけではなく、早めにLOWになったので、常にセンシングしており、HIの連続保持の最長が1秒って動作だと思う。
センサ前で手をピタッと止めたとき
３～５秒くらいは検出Hiを保持した。いくら頑張って手を止めても、多少変化はあるので結構ばらつく。
手をセンサ前から抜いたときに再度検出Hiとなる。赤外線の変化があるからだ。
赤外線センサの出力の制御方法
LEDと組み合わせた時のだと、次のような制御がいいと思う。
・HIを検出：LED点灯
・LOWが5秒保持：じんわりLED消灯
人が近づくとLEDを点灯させ、人が確実にいなくなったことを確認してから消灯する動作だ。
LOW検出すぐに消灯だと点滅を繰り返すので、多少のdelayを入れてやったほうがいい。
好みでいいと思う
まあ、ここら辺の塩梅は個人個人で好みが分かれるのでもっといい方法もあると思う。
まとめ 入手できるならダイソー、DIYするのもあり
今回はだれが読むのか？と言う記事を書いた。
ほぼ自分のための備忘録的な記事になったけど、電子工作にチャレンジしたいDIYerの参考となったなら幸いだ。
赤外線センサが使えると、日常に活かせるDIY作品の世界が広がると思う。
そうなればいいな。
