Mikrovlnný radar

Autori:	Boris Dobrovič, Filip Jančík
Študijný odbor:	Aplikovaná mechatronika a elektromobilita	1. Ing. (2019)

Zadanie

Použitý radar

Oboznámiť sa s mikrovlnným radarom HB100 MC420S otestovanie funkčnosti radaru a vytvorenie praktického programu.

Úlohy

• Nájdite si datasheet k danému senzoru
• Nájdite si schémy zapojenia dosky
• Na základe predošlých vedomostí navrhnite spôsob pripojenia k riadiacej jednotke
• Napíšte základný demonštračný program využívajúci vaše funkcie
• Vymyslite a demonštrujte vhodnú aplikáciu

Literatúra:

• Návod
• HB100 MC420S Doppler Radar Datasheet
• Doska PBMCUSLK:MCU Project Board (Datasheet)
• Operačný zosilňovač Texas Instruments LM324 (Datasheet)

Analýza

• Po zapojení senzora priamo na Arduino podľa návodu sme narazili na problém (pravdepodobne chybu senzora): v Arduino programe sme čítali nulovú hodnotu na analógovom vstupe (pin A1).
• Osciloskopom sme zistili, že mikrovlnný senzor je v poriadku, ale vracia na výstup záporné napätie v intervale -200mV až -100mV.
• Použili sme projektovú dosku a invertujúci zosilňovač na pretransformovanie záporného napätia na interval 2 až 5V (Arduino dokáže detegovať napätie na analógovom vstupe od 0V do 5V).
• Osciloskopom sme otestovali správne zapojenie a funkčnosť senzora.
• Vytvorili sme Arduino program, ktorý dokáže efektívne detegovať pohyb pred senzorom

Popis riešenia

Podľa návodu bolo zapojenie senzora jednoznačné. Potrebovali sme zapojiť 4 piny zo senzora na Arduino dosku: 2 uzemnenia, napájanie a výstupný analógový signál.

Schéma zapojenia snímača podľa návodu

Arduino program avšak detegoval nulovú hodnotu na pine A1. Najprv sme niekoľko krát overili zapojenie senzora do Arduina. Po rovnakom výsledku sme sa rozhodli otestovať ostatné analógové piny na Arduine, ale bez úspechu. Nakoniec sme sa rozhodli vymeniť celú Arduino dosku. Napriek tomu sme stále dostávali nulový výstup v našom testovacom programe. Rozhodli sme sa senzor skontrolovať pomocou osciloskopu, aby sme si overili, či senzor vôbec posiela nejaké dáta. Na výstupe zo senzora sme namerali -160mV ustálené napätie, ktoré sa správne menilo pri manipulovaní senzorom. Overili sme teda funkčnosť senzora, ale museli sme napätie prehodiť do intervalu 0 až 5V, ktorý je interval detekcie Arduina na analógovom vstupe.

Rozhodli sme sa vytvoriť schému s použitím invertujúceho zosilňovača a projektovej dosky aby sme dokázali previesť napätie zo záporných hodnôt do kladných hodnôť. Použili sme projektovú dosku PBMCUSLK:MCU Project Board a operačný zosilňovač Texas Instruments LM324. Vytvorili sme všeobecnú schému s invertujúcim zosilňovačom. Následne sme zapojili projektovú dosku, operačný zosilnovač a senzor do finálneho zapojenia aby sme otestovali funkčnosť tohto zapojenia. Náš výsledný projekt sme potom overili sme to pomocou osciloskopu.

Všeobecná schéma zpojenia

Schéma zapojenia pre zosilňovač LM324

Finálne zapojenie senzora

Týmto zapojením sme namerali následné hodnoty:

• Pri pomalom priblížení objektu k senzoru spôsobí zmenu výstupnej hodnoty. Senzor dokáže detegovať pohyb smeriaci k senzoru a od senzora:

• Senzor dokáže efektívne detegovať pohyb do maximálnej vzdialenosti 25cm. V konkrétnom prípade je zobrazené kývanie ruky vzdialenosti 25cm:

• Senzor ostro deteguje vertikálny a horizontálny pohyb v snímanej oblasti. Nasledujúcu zmenu spôsobilo kývanie rukou v tesnej blízkosti senzora:

Z našich meraní sme zistili, že senzor sníma v oblasti približne tvaru valca, do vzdialenosti cca 25cm(presná vyžarovacia charakteristika sa nachádza v Datasheet-e). Vo väčšej vzdialenosti než 25cm je senzor nespoľahlivý, pretože zmena hodnôt(napätia) je príliš malá aby sa dala efektívne rozlíšiť. Na povrchu snímača je detegovaný aj pohyb 1mm širokého objektu (spojovací káblik), čo znamená, že v primeranej vzdialenosti dokáže senzor detegovať v podstate akýkoľvek veľký predmet.

Senzor je vhodný na vyslanie signálu k spustenie systému pri detegovaní ľubovoľného pohybu, napr. pri automatickom zapnutí osvetlenia priestoru pri detekcií vstupu osoby alebo vypnutí po dlhšom čase bez detekcie. Jedná sa o mikrovlnný senzor, preto tento senzor dokáže pohyb aj za pevným objektom. Senzor nedokáže rozpoznávať gestá rúk.

Algoritmus a program

Vytvorili sme jednoduchý program na prácu s mikrovlnným radarom. Program je naprogramovaný v jazyku C a vytvorení bol pomocou vývojového prostredia Arduino IDE. Princíp programu spočíva v získavaní hodnôt, ktoré vstupujú cez pin A1 umiestnenom na arduine a následné spracovanie a vyhodnotenie dát v reálnom čase. Pri testovaní sme zistili, že v prípade ak sa v snímacej zóne mikrovlnného radaru nenachádza žiaden objekt, hodnoty vracajúce arduinom sa nachádzajú v rozmedzí 740-800. Tieto dve hodnoty sme sa rozhodli nastaviť ako hraničné hodnoty pri porovnávaní. V prípade, že arduino vráti hodnotu mimo našich hraničných hodnôt náš program zistí, že prišlo detekcii pohybu. Toto rozhodovanie sa nerobí z jedného údaju, ale vyhodnocuje sa priemer z 10-tich vzoriek pre lepšiu presnosť.

Uveďte stručný popis algoritmu, v akom jazyku a verzii vývojového prostredia ste ho vytvorili. Je vhodné nakresliť aspoň hrubú štruktúru programu napríklad vo forme vývojového diagramu. Rozsiahly program pre lepšiu prehľadnosť rozdeľte do viacerých súborov.

Vyberte podstatné časti zdrojového kódu, použite na to prostredie source:

/* A nezabudnite zdroják hojne komentovať  */

int main(void) {
    
    printf("Hello, World!\n");  
    return(0);  
}

Nezabudnite však nahrať aj kompletné zdrojové kódy vášho programu!

Zdrojový kód: serial.h a main.c

program.c

Overenie

Nezabudnite napísať čosi ako užívateľský návod. Z neho by malo byť jasné čo program robí, ako sa prejavuje a aké má užívateľské rozhranie (čo treba stlačiť, čo sa kde zobrazuje). Ak ste namerali nejaké signály, sem s nimi. Ak je výsledkom nejaký údaj na displeji, odfotografujte ho.

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.

Späť na zoznam projektov...