Умный дом #5: Управление освещением по датчику движения (PIR + ESP32)

Автоматическое включение освещения при движении — одна из самых практичных функций умного дома. Такой подход экономит электроэнергию, повышает комфорт и безопасность. В данной статье мы рассмотрим, как реализовать управление светом на базе ESP32 и датчика движения PIR. Система будет автоматически включать лампу при обнаружении движения и выключать её через заданное время, если движения больше нет.

Список оборудования и компонентов

Контроллер ESP32 DevKit.
Датчик движения PIR (например, HC-SR501).
Модуль реле 220 В для управления лампой.
Лампочка (светодиодная или накаливания) 220 В.
Блок питания для ESP32 (5 В, 1 А).
Соединительные провода, макетная плата.
Корпус (для финальной сборки, при установке в помещении).

Схема подключения и принцип работы

Подключение простое и состоит из трёх частей: ESP32, PIR-сенсор и реле для управления лампой.

PIR датчик:
- VCC → 5 В ESP32.
- GND → GND ESP32.
- OUT → GPIO 27 (например).
Реле:
- IN → GPIO 23 (управление).
- VCC → 5 В ESP32.
- GND → GND ESP32.
- Контакты реле → разрыв фазы к лампочке 220 В.

Принцип работы следующий: PIR датчик фиксирует движение и подаёт сигнал на ESP32. Микроконтроллер включает реле, подавая питание на лампу. Если в течение заданного времени движения не будет, лампа автоматически выключается.

Пример кода

Приведённый ниже код показывает, как настроить ESP32 для работы с PIR датчиком и управлением реле.


// Подключаем пины
const int pirPin = 27;     // Датчик движения
const int relayPin = 23;   // Реле для лампы

unsigned long lastMotionTime = 0; // время последнего движения
const unsigned long timeout = 10000; // таймаут выключения (10 секунд)

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(pirPin, INPUT);
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
  digitalWrite(relayPin, HIGH); // лампа выключена (реле разомкнуто)
}

void loop() {
  int motion = digitalRead(pirPin);

  if (motion == HIGH) {
    Serial.println("Движение обнаружено!");
    digitalWrite(relayPin, LOW); // включить лампу
    lastMotionTime = millis();   // обновить время движения
  }

  // Проверяем таймер
  if (millis() - lastMotionTime > timeout) {
    digitalWrite(relayPin, HIGH); // выключить лампу
  }
}

Пояснение кода

Код организован максимально просто:

ESP32 считывает состояние PIR датчика (HIGH при движении).
При обнаружении движения включается реле (LOW на пине управления).
Фиксируется время последнего срабатывания.
Если движение не фиксировалось в течение 10 секунд, ESP32 отключает реле и гасит лампу.

Значение таймера легко изменить, подбирая его под конкретные задачи. Например, для освещения в коридоре можно установить 30 секунд, а для уличного освещения — несколько минут.

А вот пример программы с веб-страницей управления

/*
  ESP32 + PIR + Relay (Active LOW) + Web UI
  - Показ состояния датчика и лампы на веб-странице
  - Ввод таймаута авто-выключения (в секундах) с сохранением в NVS
  - Неблокирующая логика на millis(), без delay() в основном цикле
*/

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <Preferences.h>

// ==== Wi-Fi ====
const char* WIFI_SSID     = "YOUR_SSID";
const char* WIFI_PASSWORD = "YOUR_PASSWORD";

// ==== Пины (при необходимости поменяйте под свою схему) ====
const int PIR_PIN   = 27;  // выход PIR
const int RELAY_PIN = 23;  // вход управления реле (обычно активный LOW)

// Если ваше реле активное LOW — оставьте true. Если активное HIGH — поставьте false.
const bool RELAY_ACTIVE_LOW = true;

// ==== Таймаут авто-выключения ====
Preferences prefs;
const char* PREFS_NAMESPACE = "pir-light";
const char* PREFS_KEY_TO    = "timeout_s";

unsigned long timeout_ms = 30000;   // таймаут по умолчанию 30 сек
const unsigned long TIMEOUT_MIN_MS = 1000;    // мин. 1 сек
const unsigned long TIMEOUT_MAX_MS = 3600000; // макс. 3600 сек (1 час)

// ==== Вспомогательные переменные ====
WebServer server(80);

volatile bool   pirState        = false;    // текущее состояние выхода PIR (HIGH=движение)
bool            lampState       = false;    // текущее состояние лампы (true=включена)
unsigned long   lastMotionTime  = 0;        // время последнего обнаружения движения (millis)

// Антидребезг/фильтр: игнорируем быстрые колебания PIR
const unsigned long PIR_DEBOUNCE_MS = 80;
unsigned long lastPirReadTime = 0;
int lastPirRaw = LOW;

// ===== Управление лампой =====
void lampWrite(bool on) {
  lampState = on;
  if (RELAY_ACTIVE_LOW) {
    digitalWrite(RELAY_PIN, on ? LOW : HIGH);
  } else {
    digitalWrite(RELAY_PIN, on ? HIGH : LOW);
  }
}

bool lampIsOn() {
  // отражает логическую переменную, а не уровень пина
  return lampState;
}

// ===== Загрузка/сохранение таймаута =====
void loadTimeoutFromPrefs() {
  prefs.begin(PREFS_NAMESPACE, true);  // read-only
  uint32_t to_s = prefs.getUInt(PREFS_KEY_TO, (uint32_t)(timeout_ms / 1000));
  prefs.end();
  // валидация
  if (to_s < TIMEOUT_MIN_MS / 1000) to_s = TIMEOUT_MIN_MS / 1000;
  if (to_s > TIMEOUT_MAX_MS / 1000) to_s = TIMEOUT_MAX_MS / 1000;
  timeout_ms = (unsigned long)to_s * 1000UL;
}

void saveTimeoutToPrefs(unsigned long new_ms) {
  unsigned long clamped = new_ms;
  if (clamped < TIMEOUT_MIN_MS) clamped = TIMEOUT_MIN_MS;
  if (clamped > TIMEOUT_MAX_MS) clamped = TIMEOUT_MAX_MS;

  prefs.begin(PREFS_NAMESPACE, false);  // read-write
  prefs.putUInt(PREFS_KEY_TO, (uint32_t)(clamped / 1000));
  prefs.end();

  timeout_ms = clamped;
}

// ===== Веб-страницы =====
String htmlPage() {
  // Небольшой минималистичный UI + автообновление статуса каждые 2 секунды
  String page;
  page.reserve(3000);
  page += F("<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'>");
  page += F("<meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1'>");
  page += F("<title>PIR Light Control</title>");
  page += F("<style>body{font-family:Verdana,Arial,sans-serif;max-width:720px;margin:24px auto;line-height:1.6;} .box{border:1px solid #ccc;padding:16px;border-radius:8px;margin-bottom:16px;} .row{display:flex;gap:12px;align-items:center;flex-wrap:wrap;} input[type=number]{padding:8px;font-size:16px;width:120px;} button{padding:10px 16px;font-size:16px;cursor:pointer;} .pill{display:inline-block;padding:4px 10px;border-radius:999px;color:#fff;font-weight:bold;} .ok{background:#2e7d32;} .off{background:#9e9e9e;} .warn{background:#ef6c00;} .mono{font-family:monospace;} </style>");
  page += F("</head><body>");
  page += F("<h1>Управление освещением по датчику движения (PIR + ESP32)</h1>");

  page += F("<div class='box'><h3>Состояние</h3><div class='row'>");
  page += F("<div>Датчик PIR: <span id='pir' class='pill off'>—</span></div>");
  page += F("<div>Лампа: <span id='lamp' class='pill off'>—</span></div>");
  page += F("<div>Таймаут: <span id='to' class='mono'>—</span> сек</div>");
  page += F("</div></div>");

  page += F("<div class='box'><h3>Настройка таймаута авто-выключения</h3>");
  page += F("<form class='row' action='/set' method='GET' onsubmit='return submitTO(event)'>");
  page += F("<label for='timeout'>Таймаут, сек:</label>");
  page += F("<input id='timeout' name='timeout' type='number' min='1' max='3600' required>");
  page += F("<button type='submit'>Сохранить</button>");
  page += F("</form>");
  page += F("<p style='color:#666;font-size:13px'>Диапазон: 1…3600 сек. Сохраняется в памяти ESP32.</p>");
  page += F("</div>");

  page += F("<div class='box'><h3>Ручное управление (для теста)</h3>");
  page += F("<div class='row'>");
  page += F("<button onclick='fetch(\"/on\").then(update)'>Включить лампу</button>");
  page += F("<button onclick='fetch(\"/off\").then(update)'>Выключить лампу</button>");
  page += F("</div></div>");

  // JS: опрос /status и обновление UI
  page += F("<script>");
  page += F("function cls(el,c){el.className='pill '+c;} ");
  page += F("function update(){fetch('/status').then(r=>r.json()).then(s=>{");
  page += F("const pir=document.getElementById('pir'); const lamp=document.getElementById('lamp'); const to=document.getElementById('to'); const ti=document.getElementById('timeout');");
  page += F("if(s.pir){pir.textContent='Движение'; cls(pir,'warn');} else {pir.textContent='Нет движения'; cls(pir,'off');}");
  page += F("if(s.lamp){lamp.textContent='Включена'; cls(lamp,'ok');} else {lamp.textContent='Выключена'; cls(lamp,'off');}");
  page += F("to.textContent=s.timeout_s; if(document.activeElement!==ti){ti.value=s.timeout_s;}");
  page += F("});}");
  page += F("function submitTO(e){e.preventDefault(); const v=document.getElementById('timeout').value; fetch('/set?timeout='+encodeURIComponent(v)).then(update); return false;}");
  page += F("update(); setInterval(update,2000);");
  page += F("</script>");

  page += F("</body></html>");
  return page;
}

void handleRoot() {
  server.send(200, "text/html; charset=utf-8", htmlPage());
}

void handleStatus() {
  // Возвращаем JSON: {pir:bool, lamp:bool, timeout_s:int}
  String json = "{";
  json += "\"pir\":";   json += pirState ? "true" : "false"; json += ",";
  json += "\"lamp\":";  json += lampIsOn() ? "true" : "false"; json += ",";
  json += "\"timeout_s\":"; json += (timeout_ms / 1000);
  json += "}";
  server.send(200, "application/json", json);
}

void handleSet() {
  if (!server.hasArg("timeout")) {
    server.send(400, "text/plain", "Missing 'timeout' parameter");
    return;
  }
  long sec = server.arg("timeout").toInt();
  if (sec < (long)(TIMEOUT_MIN_MS / 1000) || sec > (long)(TIMEOUT_MAX_MS / 1000)) {
    server.send(400, "text/plain", "Timeout out of range (1..3600)");
    return;
  }
  saveTimeoutToPrefs((unsigned long)sec * 1000UL);
  server.send(200, "text/plain", "OK");
}

void handleOn()  { lampWrite(true);  server.send(200, "text/plain", "ON");  }
void handleOff() { lampWrite(false); server.send(200, "text/plain", "OFF"); }

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIR_PIN, INPUT);       // большинство PIR выдают HIGH при движении
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
  lampWrite(false);              // по умолчанию лампа выключена

  // Загрузим таймаут из NVS
  loadTimeoutFromPrefs();

  // Wi-Fi
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  Serial.print("WiFi connecting");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(400);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.print("\nIP: "); Serial.println(WiFi.localIP());

  // Маршруты
  server.on("/", handleRoot);
  server.on("/status", handleStatus);
  server.on("/set", handleSet);
  server.on("/on", handleOn);
  server.on("/off", handleOff);
  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
}

void loop() {
  server.handleClient();

  // --- Чтение PIR с небольшим фильтром по времени ---
  unsigned long now = millis();
  if (now - lastPirReadTime >= PIR_DEBOUNCE_MS) {
    lastPirReadTime = now;
    int raw = digitalRead(PIR_PIN);
    if (raw != lastPirRaw) {
      lastPirRaw = raw;
      pirState = (raw == HIGH);
      if (pirState) {
        // Движение замечено: включаем лампу и обновляем таймер
        lampWrite(true);
        lastMotionTime = now;
      }
    } else {
      // если движение продолжается (уровень HIGH), обновляем lastMotionTime,
      // чтобы не гасить свет, пока движение есть
      if (raw == HIGH) {
        lastMotionTime = now;
      }
    }
  }

  // --- Логика авто-выключения ---
  if (lampIsOn() && (now - lastMotionTime >= timeout_ms)) {
    lampWrite(false);
  }
}

Что делает скетч: Поднимает точку доступа к сети Wi-Fi (STA), запускает встроенный HTTP-сервер ESP32. Читает сигнал от PIR-датчика, управляет реле (лампой) и автоматически выключает свет по таймеру без delay(). Показывает в веб-интерфейсе текущие состояния «PIR» и «Лампа», а также позволяет менять таймаут авто-выключения. Сохраняет таймаут в энергонезависимую память ESP32 (NVS/Preferences), чтобы он не терялся после перезагрузки.

Применение и расширение проекта

Автоматическое освещение в прихожей или коридоре.
Включение уличного света при движении на участке.
Использование в офисах и общественных местах для экономии энергии.
Добавление веб-интерфейса на ESP32 для удалённого включения и настройки таймера.
Интеграция с MQTT и Home Assistant для сценариев «если движение вечером, включить свет».
Дополнение датчиком освещённости, чтобы свет включался только в темное время суток.

Заключение

Мы реализовали базовый проект умного дома — автоматическое управление освещением по датчику движения PIR и ESP32. Такая система проста в сборке и программировании, но при этом значительно повышает удобство и помогает экономить электроэнергию. В дальнейшем проект можно расширить веб-интерфейсом, MQTT, графиками и интеграцией в Home Assistant.

Если вам нужен индивидуальный проект — разработка электроники, схемы, печатной платы и программного обеспечения, мы можем помочь. Мы создаём уникальные решения на базе ESP32 и разрабатываем платы под конкретные задачи. Ознакомьтесь с примерами проектов в нашем портфолио.