SISTEMA PORTÁTIL DE MEDIÇÃO DE CONSUMO DE ÁGUA – Contador de pessoas utilizando PIR

Por Ícaro Gonçales e Henrique Frank Werner Puhlmann

INTRODUÇÃO

 

Este artigo é parte da série de artigos SISTEMA PORTÁTIL DE MEDIÇÃO DE CONSUMO DE ÁGUA. Neste artigo serão descritas algumas soluções exploradas para contar o número de pessoas que consomem a água monitorada para completar a estatística sobre esse monitoramento. Para melhor compreensão deste artigo leia antes o artigo técnico “SISTEMA PORTÁTIL DE MEDIÇÃO DE CONSUMO DE ÁGUA – Descrição do Sistema”.

 

DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO

 

A maioria dos ambientes a serem monitorados tais como banheiros, refeitórios, vestiários etc, caracterizam-se por ter apenas uma entrada e saída pela mesma porta. Assim é possível instalar um único contador de passagem de pessoas para que se possa medir o fluxo de pessoas no ambiente. Há alguns critérios a serem considerados, especialmente por se tratar de monitoramento de ambiente público:

• Equipamento tem que ser discreto;
• Localizado preferencialmente na parte interna do ambiente a ser monitorado;
• Que possa ser instalado em local que fique fora do alcance dos usuários;
• Não pode parecer que é algum tipo de câmera;
• Ser de baixo custo.

Por se tratar de ambiente com uma única entrada e saída, é desnecessário discriminar a entrada e a saída de pessoas. Um único contador registra o fluxo em dobro. Basta dividir por dois para obter o número de pessoas que estiveram no ambiente. Geralmente a porta desses ambientes abre-se para o lado de dentro. Isso precisa ser considerado quando se pensa em selecionar sensores. Sensores do tipo infravermelho ou barreiras ópticas teriam que ser instaladas do lado externo do ambiente.

Inicialmente, considerando os critérios apontados, escolhemos o módulo sensor ultrassônico HC-SR04 [1]  para essa tarefa, pois ele mede distâncias e, se instalado na parte superior da porta, a abertura dessa porta poderia facilmente ser identificada e ignorada pelo software. A passagem de pessoas seria detectada numa faixa de alturas pré-determinadas. Parecia que o problema estava resolvido. Quando iniciaram-se os testes práticos, constatou-se que havia situações bastante comuns em que o detector falhava e que esse tipo de situação era frequente. O sensor não funciona se utilizado para detectar materiais fofos. Por exemplo capuz de moletom, cabeleira farta, chapéus, bonés etc. Apenas os carecas seriam detectados. Na prática esse sensor mostrou-se ineficaz.

Foi realizada uma pesquisa na internet e foi encontrado um artigo técnico que descreve o mesmo problema, que foi solucionado com a utilização do sensor de movimento do tipo PIR (Passive Infrared Sensor) em condições adaptadas para operar como sensor de passagem. Trata-se do artigo técnico  Counting Human Activity with an Arduino [3].Testamos a solução sugerida no artigo técnico e funcionou bem. Foi desenvolvido um novo projeto utilizando-se o módulo sensor de presença do tipo PIR modelo HC_SR501 [2].

 

DISPOSITIVO CONTADOR DE PESSOAS

 

O Dispositivo Contador de Pessoas é composto por um Dispositivo Medidor, plataforma padrão desse projeto, com um firmware customizado para essa função, acoplado a um módulo sensor PIR  e alimentado por uma fonte de alimentação ligada à rede elétrica. Esse dispositivo não pode “dormir” para economizar energia. Foi necessário realizar uma pequena adaptação no Dispositivo Medidor original para viabilizar o uso da mesma plataforma para o contador de pessoas. Os detalhes podem ser observados na Figura 1.

Figura 1: Detalhes do Contador de Pessoas

 

O contador de pessoas foi desenvolvido a partir do módulo sensor HC-SR501, que pode ser visto na Figura 2. O sensor PIR detecta variações de níveis de radiação infravermelha. Ele possui dois sensores de infravermelho e dessa forma consegue capturar a passagem de uma pessoa de acordo com a diferença dos valores obtidos. Para ampliar a área de detecção, utiliza-se montado por cima do sensor uma lente de Fresnel, que permite aumentar o ângulo de detecção em até 100°. Os detalhes técnicos descritos aqui você encontra mais detalhados no Manual datalhado do módulo sensor HC-SR501 [2].

 

Figura 2 – Sensor PIR HC-SR501

O módulo sensor HC-SR501 permite que se realize alguns ajustes tanto nos tempos da operação quanto de sensibilidade. Para operar como contador de pessoas, posicionado próximo à porta do ambiente a ser monitorado, é necessário ajustar o sensor para que o alcance seja o menor possível e o tempo de acionamento também, de forma a otimizar a captura de passagem das pessoas. O sensor  possui 2 potenciômetros de ajustes, de acordo com a Figura 3, sendo o da esquerda é responsável por ajustar a sensibilidade, variando o alcance de detecção de 3 m até 7 m, e o da direita ajusta o sincronismo do pulso de saída, variando o tempo de acionamento de 2,5 s até 12,5 s.

Figura 3: Ajuste do sensor PIR

 

O jumper de ajuste de função pode ser configurado na função H (Figura 3), que faz com que o pino de saída permaneça em nível lógico alto enquanto há movimento. Já a configuração L faz com que o pino de saída seja acionado em um tempo pré-definido, de acordo com o potenciômetro do sincronismo de saída.

Foi utilizada a configuração do jumper na posição L e utilizado a configuração mínima dos potenciômetros, regulando a sensibilidade para 3 m e após a passagem de  uma pessoa, ficando a saída acionada por 2,5 s.

Após alguns testes, concluiu-se que esses tempos ainda estavam altos para a aplicação de contagem de pessoas. Demorava muito para o sensor ficar pronto novamente para capturar uma nova passagem. Foi necessário diminuir esse tempo. No Manual datalhado do módulo sensor HC-SR501 [2] está descrito um procedimento para otimizar ainda mais alguns tempos do módulo sensor alterando o valor de alguns resistores para isso. O potenciômetro de sincronismo de saída está em série com um resistor, estando ambos em paralelo a um capacitor. O tempo de descarga desse RC define quanto tempo ficará acionada a saída, por isso foi modificada a resistência, original de 1,5 kΩ para 100 Ω, alterando assim o tempo de acionamento de 2,5 s para 2 s. Também foi modificado o resistor de espera, de 1 MΩ para 120 kΩ, alterando o tempo de espera de 5 s para 0,6 s,  resultando num período total de 2,6 s . Esses resistores são mostrados na Figura 4.

Figura 4: Resistores de controle de tempo

 

Foi construído um circuito eletrônico para casar a interface de saída do módulo sensor com a entrada do módulo com microcontrolador cuja finalidade é de casar os níveis lógicos dos módulos, indicar o acionamento do sensor através de um LED, e para a proteção mútua tanto do microcontrolador quanto do módulo sensor O esquema elétrico dessa interface está ilustrado na Figura 5.

Figura 5: Esquema eletrônico do circuito de interface

 

A Figura 6 mostra a placa de teste com o circuito eletrônico da Figura 5 montado.

Figura 6: Placa de teste para coleta de dados do sensor

 

Foi realizada uma adaptação na placa do Dispositivo Medidor de forma que se possa utilizar o contador por hardware como contador acumulador de passagem de pessoas. Quando o módulo sensor detectar a passagem de uma pessoa, o microcontrolador registra essa passagem e aciona o clock do contador para incrementar a contagem de 1 se e quando o software determinar que houve mais uma passagem. A adaptação pode ser vista na Figura 7.

Figura 7 – Configuração na placa de comando para acumular a contagem via hardware

 

A função desse projeto é somente detectar a passagem de pessoas pela porta do banheiro do ambiente escolhido para testes. De acordo com a sugestão dada no artigo técnico Counting Human Activity with an Arduino – [3], foi utilizado um dispositivo tubular para focar a área de atuação do sensor, como é mostrado na Figura 8. Trata-se de um papelão de um rolo de papel higiênico, que tem as dimensões exatas para essa aplicação. (Destino poético para o tubo de papelão… Bastante adequado para monitorar um banheiro)

Figura 8: Dispositivo com a finalidade de focar a área de atuação do sensor de presença

 

Na Figura 9 pode-se observar a local onde o Contador de Pessoas foi instalado (bem próximo à porta). O movimento da porta não aciona o módulo sensor..

Figura 9: Local de instalação do módulo sensor PIR

Descrição da operação do Contador de Pessoas

Eventos previstos

• Detecção de passagem de pessoas;
• Atuação por tempo de inatividade, para sinalizar que o contador está operante (heartbeat).
• Registro de que o Contador de Pessoas foi Ligado / Religado ou “ressetado” por algum motivo.

Descrição da operação após cada evento

• Passagem de pessoa –  O contador de pessoas registra a passagem e transfere imediatamente a contagem acumulada ao concentrador. Monitora essa operação com um temporizador (time-out).

RESUMO

 

Neste artigo técnico foi apresentada uma solução simples para a realização de um contador de passagem de pessoas utilizando-se um módulo sensor PIR HC-SR501 e um tubo de papelão para restringir a área de atuação do sensor a um cone bastante estreito permitindo que o sensor de presença funcione como um sensor de passagem.

 

SISTEMA PORTÁTIL DE MEDIÇÃO DE CONSUMO DE ÁGUA

Outros artigos da série

• Descrição da solução;
• Dispositivos Medidores Eletrônicos versáteis;
• Contador de pessoas utilizando PIR (este artigo);
• Soluções alternativas para medir fluxo de água;
• Desenvolvimento de solução no Amazon AWS;
• Estudo de Caso (Em breve).

 

Referências

• [1] – Manual do sensor ultrassônico HC-SR04
• [2] – Manual datalhado do módulo sensor HC-SR501
• [3] – Counting Human Activity with an Arduino

 

Esta obra, “SISTEMA PORTÁTIL DE MEDIÇÃO DE PERFIS DE CONSUMO DE ÁGUA – Contador de pessoas utilizando PIR“, de  Ícaro Gonçales e Henrique Frank Werner Puhlmann está sob a licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.