Пироэлектрический датчик движения SR501 и светильник на его основе

В эпоху глобальной экономии ресурсов, в том числе и электроэнергии, наш местный ЖЭК оборудовал свет в подъезде акустическим реле. И теперь свет включается только от громкого хлопка, что проблематично сделать, когда обе руки заняты. А вот от звука шагов, даже от достаточно громкого топота, у датчика нет никакой реакции, видимо чувствительность выше в ВЧ диапазоне. По итогу кто-то продолжает ходить в темноте, кто-то у себя на этаже просто открутил эту коробку и свет горит всегда, так себе экономия. А вот мне захотелось при входе в квартиру (в междверном пространстве) сделать свет с автоматическим включением, чтобы до включения основного света было хоть что-то видно в прихожей. Главный критерий: никаких лишних телодвижений, свет должен включаться и выключаться сам без притопа и прихлопа. И в качестве «включателя» решено было использовать пироэлектрический датчик SR501, который уже несколько раз попадал в обзоры на MySKU.

Существует множество сенсоров для использования в системе «умный дом»: одни реагируют на звук, другие на появление преграды, третьи на тепло. Как раз к последним относится главный герой обзора. Если углубиться в подробную классификацию, то он является пассивным пироэлектрическим инфракрасным датчиком (PIR). Принцип его работы достаточно простой: сенсор реагирует на изменение излучения в инфракрасном диапазоне, а именно в средней его части – 5-15 мкм (тело среднего здорового человека излучает в диапазоне около 9 мкм). Достаточно теплому объекту попасть в поле видимости датчика и реле срабатывает.
Хорошие обзоры этого датчика были у yurok и YevgenCh, поэтому сильно углубляться в подробности не вижу смысла, приведу лишь основные его параметры:

• Диапазон рабочего напряжения: DC 4.5-20 В
• Ток в режиме ожидания: <50 мкА
• Выходной уровень: Высокий 3.3 В / Низкий 0 В
• Время задержки: 5-200 с
• Время блокировки: 2.5 с (по умолчанию)
• Размеры: 32 мм*24 мм
• Угол обзора: <100°
• Диапазон рабочих температур: -15… + 70 °C

Датчик у меня пару месяцев лежал без дела, но пришло время сделать что-то полезное, и в качестве органа управления автономным светильником он очень подходил: малое потребление в режиме ожидания (важно при работе от аккумуляторов), работа без микроконтроллера, возможность настройки задержки и чувствительности. Использование фото- и терморезистора хоть и предусмотрено производителем, но в данном случае мне не понадобилось.
Как говорилось выше, светильник будет размещаться в междверном проёме, где не хотелось бы тянуть отдельную электрическую линию, поэтому было принято решение сделать питание на аккумуляторах 18650. Так как диапазон рабочих напряжений датчика 4.5-20 В, то очевидно, что одного элемента 18650 будет недостаточно для питания, поэтому использовано 2 последовательно включенных аккумулятора, которые дают суммарное напряжение 6...8.4 В, то что нужно. Потребление тока датчиком в режиме ожидания составляет 51 мкА, поэтому одного заряда аккумуляторов хватит надолго. В активном режиме потребление 326 мкА.

Далее пришлось подумать над управлением светодиодом. Всё, что имеем от датчика — это сигнал логического уровня 0 или 3.3 В, а это значит, что необходимо сделать транзисторный ключ для включения/отключения светодиода. В запасах не было мощных биполярных транзисторов (по плану хотелось поставить два 3-ваттных светодиода), и низковольтных полевых тоже не нашлось. Но что же, сделаем из того, что есть. Быстренько набросал вот такую схему:

VT3 — IRF9Z34N, пожалуй мой любимый транзистор, ещё ни разу не подводил. Брал 2 года назад тут. Это P-канальный транзистор, с током стока до 19 А. Тут конечно он с огромным запасом, но зато в перспективе можно сделать целую светодиодную люстру :)
VT2 — 2N4401, маломощный биполярный NPN транзистор.
Резистор R4 для ограничения тока базы транзистора VT2, R7 для подтягивания затвора полевого транзистора к плюсу (для стабильного закрытия). R5 — гасящий резистор, для ограничения тока светодиода.
Принцип работы данной схемы простой: как только датчик «видит» тепло, он выдаёт на базу VT2 3.3 В, VT2 открывается и подтягивает затвор VT3 к земле, VT3 открывается и светодиод загорается. Если на базе VT2 снова появляется 0, то оба транзистора закрываются и светодиод выключается. Но что мне не понравилось: гасящий резистор на светодиоде тратит зря бОльшую часть энергии в тепло, поэтому было решено поставить небольшой понижающий преобразователь, брал отсюда.

Подключил его на место R5, а на выходе преобразователя поставил уже небольшой резистор для ограничения тока. Таким образом практически в 2 раза сократил энергопотребление в режиме работы, что немаловажно для автономного устройства.


Сначала предполагалась установка 2-3 светодиодов, но оказалось достаточно и одного 3-ваттного:

Чтобы придать изделию какой-то более-менее законченный вид, собрал всё в коробочку.

Также предусмотрена возможность полного выключения светильника при помощи выключателя на торце корпуса.
В течение месяца работы всё работает стабильно, аккумуляторы разрядились с 3.85 до 3.72 В, немного вроде. По моим расчётам полностью заряженного комплекта 18650 должно хватить минимум на полгода работы. Да, я знаю, что дешевле и проще купить готовые решения, но хобби есть хобби :)
Видео работы: