Датчик обнаруживает неподвижных и движущихся людей так же, как PIR-датчики, но он может делать это также за дверями и тонкими стенами, используя эффект Доплера. Обнаружение людей, животных и теплых тел вообще в течение многих лет производилось с помощью пассивных инфракрасныех детекторов, также известных как PIR, которые работают путем устанавки пироэлектрического датчика за линзой Френеля, которая фокусирует инфракрасные лучи, приходящие от расположенного перед ним в пределах определенного угла теплого тела, на поверхности датчика . Датчики PIR покрывают широкий диапазон применений и представляют недорогое решение для защиты от вторженияя, автоматически активируют устройства, когда обнаружены двигающиеся люди. Но у них есть ограничение: они обнаруживают только то, что находится в пределах видимости: они не могут обнаружить, даже на небольшом расстоянии, людей, движущихся за дверями и окнами, поэтому, если мы используем их в домашней системе безопасности, они сработают только тогда, когда злоумышленник уже находится в комнате, где установлены датчики.
Чтобы получить превентивную защиту, мы можем использовать радиочастотные датчики и, если быть точным, микроволновые датчики, потому что они могут обнаруживать людей за дверями и даже стенами, если они не слишком толстые.
Микроволновые детекторы могут быть моностабильными или бистабильными, то есть они установлены попарно друг перед другом; в этом случае излучатель и приемник размещены в отдельных блоках. Моностабильные блоки имеют зону обнаружения основанную на луче микроволн, которые они излучают, и дистанция может достигать до 300-400 метров. Кроме того, мы можем регулировать диаграмму направленности и дистанцию обнаружения.
С другой стороны, бистабильный детектор микроволны предлагает более широкую зону обнаружения, даже до 1 км, но очень ограничен в возможностях применений; например при установке на внешних стенах заборов. Бистабильные датчики также более склонны к ложным срабатываниям, поскольку излучают в импульсном режиме с последующей деактивацией приемника. Блок использует эти временные интервалы для того, чтобы обнаружить движение, проверяя пололжение предмета в разное время.
Эффект Доплера - это физическое явление, при котором частота, излучаемая источником, который движется по отношению к неподвижному наблюдателю, меняет свое значение; типичным примером является скорая помощь, сирена которой меняет тон (она становится ниже), когда скорая помощь уезжает, или звук движущегося поезда.
Этот факт назван в честь Кристиана Андреаса Доплера, который первым заметил и задокументировал его; позже Ипполит Физо обнаружил, что тот же эффект происходит с электромагнитными волнами, излучаемыми движущейся антенной передатчика, обнаруженной неподвижным приемником.
Эффект Доплера объясняется тем, что по мере удаления источника звука длина волны увеличивается при равной скорости звука.
Схема микроволнового датчика движения
Наш датчик-это радар, основанный на эффекте Доплера, состоящий из электронного блока, показанного на схеме, в который мы собираемся вставить плату модуля датчика. Последний основан на микросхеме RCWL9196, которая взаимодействует с радиолокатором, собранном на генераторе Колпица на транзисоре Mmbr941m , который использует специально сформированную антенну на печатной плате. На рис. 1 показана схема датчика. Плату датчика можно увидеть на рис. 2.
Рис.1
Датчик имеет 5 выводов:
- OUT - выход датчика (устанавливается в «1» при наличии движений + задерживается на 2 секунды после их прекращения).
- VIN - вход напряжения питания, от +4 до +28 В постоянного тока.
- GND - вход питания (общий).
- 3V3 - выход стабилизированного напряжения питания 3,3 В (можно использовать для питания микроконтроллеров).
- COS- вход разрешения (подтянут внутренним сопростивлением чипа). Если на данном выводе установить уровень логического «0», то после сброса триггера, он не будет устанавливаться (датчик перестанет реагировать на движения).
- Если в зоне действия датчика нет объектов способных отражать радиоволны, то приёмник ничего не примет и датчик не сработает.
- Если в зоне действия датчика имеются неподвижные объекты способные отражать радиоволны, то приёмник примет радиоволну передатчика, отражённую от этих объектов, но частота принятой радиоволны будет равна частоте сигнала передатчика и датчик не сработает.
- Если в зоне действия датчика имеется объект способный отражать радиоволны, который приближается к датчику (движется), то приёмник примет отражённую от объекта радиоволну, частота которой будет выше чем у сигнала передатчика и датчик сработает.
- Если в зоне действия датчика имеется объект способный отражать радиоволны, который удаляется от датчика (движется), то приёмник примет отражённую от объекта радиоволну, частота которой будет ниже чем у сигнала передатчика и датчик сработает.
На плате устройства предусмотрено место для установки фоторезистора (CDS). Очевидно, данный датчик предназначен в первую очередь для управления освещением.
Рис. 2
Питание:
Напряжение питания от 4 до 28 В постоянного тока, подаётся на выводы «VIN» и «GND» модуля. Не подключайте питание к выходу «3V3» модуля. Вывод модуля «3V3» является выходом стабилизированного напряжения 3,3 В. От этого напряжения можно запитывать другие маломощные устройства, например, микроконтроллер.
Модуль собран на печатной плате с плоской антенной и содержащей генератор, радиочастотный смеситель и дискриминатор, обнаруживающий изменение радиоволны, вызванное присутствием движущегося человека в зонео бнаружения датчика. Ток потребления 3 мА, при напряжении питания 5 В. Дальность уверенного срабатывания около 1 м, если датчик располагается на полу и около 3 м, если датчик лежит на столе.
В RCWL9196 есть смеситель и дискриминатор сигнала и обеспечивает вывод высокого логического сигнала на контакт модуля при обнаружении движения.
Регулировка параметров:
C-TM- Конденсатор для регулировки времени удержания импульса. Время в секундах можно вычислить по формуле: T=(1/F)*32678
R-NG-Если нужно снизить дальность до 5м., добавляем резистор 1 МОм
CDS- Место для подключения фоторезистора (если необходимо, для управления светом)
R-CDS- Резистор для регулировки срабатывания фоторезистораВывод CDS- можно использовать для дистанционной установки фоторезистора, а так же для подбора переменным резисторомстепени освещенности при которой начинает работать датчик, потом этот номинал припаивается к R-CDS
Данный датчик можно приобрести на Алиэкспресс примерно за 60 рублей.
Список деталей для дачтика на RCWL-0516
C1: –
C2, C3, C18: 10 nF керамический
C4, C8, C10, C11, C13: 100 nF керамический
C15, C16, C17: 100 nF керамический
C5, C6, C7: 22 pF керамический
C9: 1 nF керамический
C12, C14: 33 pF керамический
R1, R10: 100 ом
R2: 10 ком
R3, R16, R18: –
R4, R13, R14, R15, R17: 1 Mом
R5, R6: 22 ком
R7: 56 ком
R8: 1 ком
R9: 220 ом
R11: 4,7 ком
R12: 2,2 ком
Q1:BFR520
U1:RCWL-9196
J1: 5 конаткный разъем (PLS)
RCWL-0516 может быть связан с Arduino или Fishino; в этом случае (как вы можете видеть из рис. 3) его можно использовать для автоматического открывания дверей или моторизованных ворот, автоматического включения-выключения света в комнатах или коридорах, а также создать аварийные системы безопасности.
Мы также можем использовать аналоговый выход RCWL-9196 и подключить его к одному из аналоговых входов Arduino, чтобы получить примерное измерение расстояния дообнаруженного человека, основанное на амплитуде выходного сигнала.