ภายในเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวเรดาร์ราคา 1 ดอลลาร์

 (10maurycy10.github.io)
1 คะแนน โดย GN⁺ 2024-07-01 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp

ภายในเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวเรดาร์ราคา 1 ดอลลาร์

  • เมื่อไม่นานมานี้ได้ซื้อเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวแบบไมโครเวฟ RCWL-0516 มา และสงสัยว่าจีนทำเรดาร์ราคาต่ำกว่า 1 ดอลลาร์ได้อย่างไร
  • การทำให้เซ็นเซอร์ทำงานนั้นง่ายมาก เพียงต่อขา VIN เข้ากับ 5 โวลต์ ต่อ GND เข้ากับกราวด์ แล้วเพิ่มตัวเก็บประจุ decoupling 1uF ที่ขา 3V3 หากมีคนเคลื่อนไหวในระยะประมาณ 5 เมตร ขา OUT จะขึ้นเป็น 3 โวลต์นาน 3 วินาที

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์

  • พบเอกสารข้อมูลของชิป SOIC-16 ขนาดใหญ่ BISS0001 เป็นชิปสำหรับเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวแบบอินฟราเรด
  • โดยทั่วไป เรดาร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวและความเร็ว (Doppler) จะส่งคลื่นพาหะต่อเนื่องออกไป แล้วนำสัญญาณที่รับกลับมาผสมกับคลื่นพาหะที่ส่งออกเพื่อสร้างสัญญาณ IF ความถี่ต่ำ สัญญาณที่สะท้อนจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะมีเฟสเปลี่ยนไปอย่างช้าๆ เมื่อเทียบกับสัญญาณที่ส่ง ทำให้เกิดความถี่บีตระดับไม่กี่เฮิรตซ์
  • ในโมดูลนี้ สัญญาณ IF เข้าที่ขา 14 แต่ชิปจะส่งสำเนาที่ขยายแล้วออกมาที่ขา 16

ความลับของเวทมนตร์

  • ด้านขวาของบอร์ดคือ BISS001 ที่ทำหน้าที่เป็นแอมป์ ตัวเปรียบเทียบ และตัวตั้งเวลา ส่วนงานด้าน RF ถูกจัดการทางด้านซ้ายของบอร์ดด้วยชิ้นส่วนเพียงไม่กี่ชิ้น
  • อย่างแรกเลย ระบบทั้งหมดคือออสซิลเลเตอร์แบบทรานซิสเตอร์เดี่ยวที่ทำงานที่ความถี่ 3.18 GHz
  • ออสซิลเลเตอร์ถูกพัลส์ที่ 20 MHz ทำให้เกิดรูปคลื่นนี้จากออสซิลเลเตอร์

ตัวรับแบบซูเปอร์รีเจนเนอเรทีฟ

  • ระหว่างที่ออสซิลเลเตอร์ทำงาน มันจะเพิ่มแรงดันที่เอมิตเตอร์ด้วยการเปลี่ยนแปลงตัวเก็บประจุ 33 pF จนถึงจุดที่ออสซิลเลเตอร์ไม่สามารถทำงานต่อได้ จากนั้นตัวต้านทาน 220 โอห์มจะคายประจุตัวเก็บประจุ ทำให้การออสซิลเลชันเริ่มต้นใหม่ภายในไม่กี่นาโนวินาที
  • การพัลส์นี้ทำให้มันทำงานเป็นตัวรับแบบซูเปอร์รีเจนเนอเรทีฟ เมื่อเกนของทรานซิสเตอร์มากกว่า 1 ออสซิลเลเตอร์จะไม่เริ่มทำงานในทันที สัญญาณในเรโซเนเตอร์จะถูกขยาย และจะถูกขยายต่อไปเรื่อยๆ จนกว่าจะชาร์จตัวเก็บประจุและเริ่มรอบใหม่อีกครั้ง

ประสิทธิภาพของเรดาร์

  • ภายในอาคาร มันทำงานได้ดีที่ระยะไกลสุด 5 เมตร แต่กลางแจ้งประสิทธิภาพไม่นิ่งอย่างมาก

เครื่องส่งย่าน S-band

  • ได้ดัดแปลงให้เป็นเครื่องส่งโดยถอดตัวเก็บประจุที่ทำให้เกิดการพัลส์ 20 MHz ออก ออสซิลเลเตอร์เองทำหน้าที่เป็นมิกเซอร์เพื่อดาวน์คอนเวิร์ตสัญญาณที่รับมา

เรดาร์แบบไบสแตติก

  • ใช้อีกโมดูลหนึ่งที่ไม่ได้ดัดแปลงเป็นตัวรับเพื่อให้ได้สัญญาณสะท้อนกลับที่สม่ำเสมอกว่า อย่างไรก็ตาม ตัวรับถูกรบกวนด้วย RF จากเครื่องส่ง ทำให้สัญญาณสะท้อนกลับจากระยะไกลอ่อนลง
  • มันทำงานเป็นเซ็นเซอร์ความเร็วได้ดี โดยรัน FFT หรือตรวจจับ zero crossing ที่ IF

ความเห็นจาก GN⁺

  • บทความนี้มีประโยชน์มากในการทำความเข้าใจหลักการทำงานของเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวแบบไมโครเวฟราคาประหยัด
  • มันมีข้อจำกัดตรงที่ใช้งานในอาคารได้ดี แต่ประสิทธิภาพกลางแจ้งไม่นิ่ง
  • ผลิตภัณฑ์อีกประเภทที่มีฟังก์ชันคล้ายกันคือเซ็นเซอร์ PIR (passive infrared)
  • เมื่อนำเทคโนโลยีใหม่มาใช้ ควรคำนึงถึงความแตกต่างของประสิทธิภาพระหว่างสภาพแวดล้อมในอาคารและกลางแจ้ง
  • หากเข้าใจหลักการของตัวรับแบบซูเปอร์รีเจนเนอเรทีฟ ก็สามารถประยุกต์ใช้กับงาน RF อื่นๆ ได้ด้วย

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-07-01
ความคิดเห็นจาก Hacker News
  • เรดาร์ Wi‑Fi CSI 2.4Ghz สามารถทำได้ด้วยบอร์ด ESP32 ราคา $20
    • Espressif อ้างว่าสามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวเล็กน้อยอย่างการหายใจหรือการเคี้ยวได้
    • ใช้งานร่วมกับไมโครคอนโทรลเลอร์ซีรีส์ ESP32 ได้ทั้งหมด และไม่ต้องแก้ไขฮาร์ดแวร์
  • โน้ตบุ๊ก AI/NPU ปี 2024 สามารถผสานกับ Wi‑Fi 7 เพื่อระบุกิจกรรมของมนุษย์ผ่านเรดาร์ RF และการอนุมานบนอุปกรณ์ได้
  • เอกสารที่เกี่ยวข้อง:
    • DIY Radio Telescope: การสร้างกล้องที่มองเห็น WiFi ได้ (2019)
    • อุปกรณ์ Wi‑Fi จะถูกเปลี่ยนให้เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุภายในปี 2024 ผ่านมาตรฐาน IEEE 802.11bf (2021)
    • เรดาร์รถยนต์วัดความเร็วของวัตถุได้อย่างไร (2024)
    • การตรวจจับด้วย Wi‑Fi กลายมาใช้งานได้อย่างไร (2024)
  • ทำให้นึกถึงการแกะ HB100 แต่ตัวนี้มี IC จึงเข้าใจได้ง่ายกว่า
  • สงสัยว่าอุปกรณ์ LD2410 ปลอดภัยต่อมนุษย์หรือไม่
    • ตั้งใจจะใช้ร่วมกับ ESPHome ในห้องนอน
    • หาข้อมูลแล้วพบว่าใช้พลังงานต่ำและปลอดภัย แต่ก็อยากได้ความเห็นเพิ่มเติม
  • LD2410 (B) เป็นอีกตัวเลือกหนึ่งและทำงานผ่าน UART
    • แพงกว่าประมาณ $5 แต่มีตัวเลือกการตั้งค่ามากกว่า
  • ฟังก์ชัน Wiener ก็ถูกใช้ในงานแอนะล็อกเช่นกัน และถูกใช้อย่างลับ ๆ ในช่วง WW II
    • ปัจจุบันยังใช้ในการสื่อสารระหว่าง handset และ eNodeB ด้วย
  • ในคู่มือผู้ใช้ของเซ็นเซอร์นี้ มีการกล่าวถึงการเฝ้าระวังความปลอดภัยเป็นหนึ่งในการใช้งานที่เป็นไปได้
    • จึงสงสัยว่ามีวิธีง่าย ๆ ในการหลีกเลี่ยงการตรวจจับของเรดาร์คลื่น mm หรือไม่
  • MCU rp2040 ของ Pi Pico ก็หาซื้อได้ในราคา $1 เช่นกัน
    • เป็นช่วงเวลาที่ดีสำหรับการแฮ็กแบบต้นทุนต่ำ
  • "เรดาร์" คลื่น mm แบบ USB C สามารถเชื่อมต่อกับระบบบ้านอัตโนมัติได้
    • ราคาอยู่ระหว่าง $11 ถึง $20 และมีฟีเจอร์ค่อนข้างครบ
    • หากอยากทำเอง สามารถดูโปรเจกต์ของ ESP home ได้
  • เคยใช้อุปกรณ์เหล่านี้บ่อยครั้ง และดีที่ได้รู้ว่ามันทำงานอย่างไร
  • LD2410 ก็ทำงานได้ดีเช่นกัน (ควรซื้อสายมาด้วย เพราะใช้ขาแบบไม่มาตรฐาน)