Да видим какво има в един радарен сензор с цена само 1 долар
Оригиналът е на Maurycy
Даниел Десподов 14:10 | 17.07.2024 2 СподелиНай-четени
АвтомобилиДаниел Десподов - 17:29 | 14.07.2024Най-неочаквано Toyota показва „ напълно нов мотор с вътрешно горене, който ще промени разпоредбите на играта “
Изкуствен интелектЕмил Василев - 13:38 | 15.07.2024Изкуственият разсъдък Gemini е заловен да сканира PDF файловете на консуматори на Гугъл Drive без позволение
IT НовиниЕмил Василев - 14:53 | 16.07.2024Мегапроект: Китай сътвори първата в света „ двуглава “ офшорна вятърна турбина – тя ще работи даже при мощен ураган
Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/Новинар. Увличам се от модерни технологии, осведомителна сигурност, спорт, просвета и изкуствен интелект.Наскоро си купих евтини микровълнови датчици за придвижване RCWL-0516, частично с цел да схвана по какъв начин китайците са съумели да основат радар, който коства по-малко от един $.
Не беше мъчно да накарам този да проработи. Просто свързах извода VIN към 5 волта, GND към земя и прибавих блокиращ кондензатор към извод 3V3. Когато има някакво придвижване в границите на 5 метра, изводът OUT покачва равнището на напрежението до 3 V за 3 секунди.
Така или другояче, устройството работи, само че по какъв начин?
Започнах, като открих спецификацията за огромния чип SOIC-16. Оказа се, че BISS0001 е инфрачервен датчик за придвижване? И по този начин, по какъв начин работи той?
Обикновено радарите за придвижване и скорост (доплеровите) работят по следния метод: те изпращат непрестанен носещ сигнал и смесват върнатия сигнал с него, създавайки нискочестотен промеждутъчен сигнал. Ако отражението е от движещ се обект, признатият сигнал гладко влиза и излиза от фаза с изпратения сигнал, създавайки пулсация с периодичност единствено няколко херца. Тъй като съответната скорост не е значима за датчика за придвижване, чипът би трябвало единствено да наблюдава измененията на равнище миливолти – цялата съществена работа към този момент е свършена.
В моя модул сигналът с междинна периодичност постъпва в чипа през извод 14 и излиза от него в интензивен тип през извод 16, откъдето е доста по-лесно да бъде забелязан благодарение на осцилоскоп:
Средната част на тази графика отразява момента, в който приближих преносимия компютър на към 40 cm до датчика, само че датчикът записва и по-бавни промени на равнището от двете страни, когато протегнах ръка, с цел да изключа осцилоскопа. Всъщност тази графика е задоволителна, с цел да разберете каква периодичност употребява радарът: има 8 пика, до момента в който преносимият компютър се движеше, което значи, че кръговата траектория на сигнала се трансформира с 8 стъпки на вълната. Осем стъпки при пренасяне от 80 см са към 10 см за всяка от тях, което е доста покрай действителната дължина на вълната от 9,4 см.
И по този начин, къде е цялата магия?
Цялата дясна страна на платката е заета от чипа BISS001, който работи като усилвател, компаратор и таймер. Цялата радиочестотна обработка се реализира от лявата страна благодарение на единствено няколко съставния елемент:
На пръв взор всичко това наподобява на еднотранзисторен генератор, работещ на периодичност 3,18 GHz.
S-образната диря на емитерната верига съставлява микровълнов резонатор и антена, ръководени от биполярен транзистор, който получава противоположна връзка от кондензатора, формиран от резонатора и паралелната медна пътечка. Подозирам, че кръглият сегмент на гърба на платката служи просто за попречване на осцилациите при други честоти. Много сходни датчици или го нямат, или употребяват плътна заземителна повърхност.
Осцилаторът също по този начин е много неустойчив и се отклонява с няколко MHz заради потенциала на ръката и дрейфа на компенсиращото напрежение. Очевидно това е повода, заради която модулът е много сензитивен към шума от зареждането.
Но в действителност това са 2 осцилатора в един: генерират се микровълнови вибрации с периодичност към 20 MHz, като се основава следната форма на вълната в емитера:
Моят осцилоскоп не може да записва 3 GHz, само че тази периодичност участва на всички места, като се изключи низходящата част на сигнала.
Това, което се случва тук, е следното: по време на работа осцилаторът трансформира потенциала на кондензаторите от 33 pF, като покачва напрежението на емитера, до момента в който той не може да действа повече. В този миг резистор от 220 ома разрежда кондензатора, като рестартира процеса на генериране за няколко наносекунди.
Този тип пулсации му разрешават да действа като ултрарегенеративен правоприемник. След като усилването на транзистора се увеличи над единица, осцилаторът не се започва незабавно – той се нуждае от дребен подтик. Всеки сигнал в резонатора се усилва още веднъж и още веднъж, до момента в който стане задоволително мощен, с цел да зареди кондензаторите и да рестартира цикъла. Поради експоненциалното повишаване на амплитудата даже една незначителна радиовълна покачва честотата на пулсациите, трансформирайки генератора в сензитивен правоприемник. (Точно по тази причина в никакъв случай не се постанова да чакате генераторът да проработи – шумът бързо се усилва, до момента в който не провокира клипинг на транзисторния усилвател).
Но почакайте малко, в случай че сигналът се приема, до момента в който генераторът работи, преди да стартира предаването, по какъв начин може датчикът да открие изместване на етапа, дължащо се на движещите се обекти?
С разлика във времето от към 15 ns всеки сигнал, отразен от неподвижен обект, намиращ се на повече от 2,5 метра, ще бъде признат по време на стартирането на генератора. Това отражение от неподвижните обекти работи като локален генератор на радара. Суперрегенеративният правоприемник открива амплитудно-модулирания сигнал, получен от суперпозицията на сигналите, отразени от статичните и движещите се обекти. В затворено пространство с доста отблясъци постоянно ще има радиосигнали за разкриване на движещи се обекти, без значение от това какъв брой близо са те.
Може би точно заради този пожелателен метод към реализацията радарът демонстрира толкоз спорни резултати. В затворени пространства в радиус до 5 метра устройството работи сносно, само че навън при липса на отблясъци от неподвижни обекти то постоянно въобще не работи.
Интересен опит – предавател за S-диапазона.
Като първа трансформация взех решение да отстрани кондензаторите, които предизвикват пулсациите на 20 MHz:
Това трансформира устройството в предавател. Сега подаването на сигнал към съвсем всяка част на генератора води до модулиране на честотата му, а устройството може да се модулира амплитудно посредством циклично подаване на сила.
При отсъствието на пулсации и свръхрегенерация радарът продължаваше да работи, само че сигналите с междинна периодичност бяха доста отслабени, което доста понижи чувствителността. В този случай самият генератор работи като смесител, преобразувайки признатия сигнал с понижаване на честотата, само че без увеличаване.
Бистатичен радар
Добре, значи можем да го използваме в по-традиционна настройка на радара? Опитах се да слага различен сходен до него, като немодифициран модул да работи като правоприемник. В последна сметка получих доста по-последователни отразени сигнали:
Странните вариации на амплитудата изчезнаха, а отразените сигнали от моите относително мудни придвижвания станаха доста по-слаби, както се очакваше от един доплеров радар. От друга страна, отдалечените отразени сигнали отслабнаха, тъй като приемникът е непрекъснато облъчван от сигналите от предавателя. Функционалността му като датчик за придвижване също пострада, защото в този момент той изисква доста придвижване към или от приемника, с цел да се задейства, което е в внезапен контрастност със общоприетото положение, при което съвсем всяко придвижване предизвикваше задействане.
В същото време той работи сносно като датчик за скорост, извършвайки FFT (бързо превръщане на Фурие) или просто откривайки пресичането на нулевата точка в междинната периодичност (на заключения 14/16 на чипа). Математиката тук е елементарна. Просто умножете дължината на вълната по честотата на пулсациите и разделете резултата на 2, с цел да получите скоростта. Така да вземем за пример оптималната периодичност на пулсациите на графиката на осцилоскопа е 15 Hz, тъй че скоростта е 0,7 m/s:
9.4 cm * 15 Hz / 2 = 70 cm/s =.7 m/sАко двата употребявани модула са ситуирани на разстояние 1-2 метра един от различен, качеството на работата им навън доста се усъвършенства спрямо един модул. Най-добрата сензитивност се следи в зоната сред тях. Като цяло, качеството в открити пространства към момента не е изключително високо, само че към този момент е доста по-добро от първичното напряко никакво качество.
Да уточня, че в действителност в чипа са интегрирани няколко операционни усилвателя, двупрагов компаратор и RC таймер. Коефициентът на увеличаване, чувствителността и времетраенето се настройват благодарение на външни пасивни съставни елементи.
И още употребява се микролентова предавателна линия с дължина на вълната ¼. Кондензаторът в нейния край шунтира радиочестотния сигнал към земята, като го отразява назад към транзистора. Фазовите измествания възлизат на 360° (90° в едната посока, 180°, отразени от кондензатора 66 pF, и 90° в противоположна посока), тъй че при 3,18 GHz линията работи като отворена верига, а при непрекъснат ток – като късо съединяване. А при дължини на вълните, нечетно кратни на 3,18 GHz, поражда резонанс. Може би пръстеновидната конструкция от задната страна просто отстрани тези по-високочестотни вибрации.
