Was ist ein Radarsensor:Funktionsweise und Anwendungen

Gegenwärtig hat sich die Halbleitertechnologie rasant entwickelt, so dass der Stromverbrauch und die Größe des Radars stark reduziert wurden und seine Funktion durch die Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsvorgänge, Ultrabreitbandtechnologie, Millimeterwellen, Signalverarbeitungstechnologie, ICs mit Erhöhung der Rechenkapazitäten usw. Herkömmliches Radar wird häufig verwendet wie Schiffsradar, Basisradar, Flugzeug usw., während ein Radarsensor in unserem täglichen Leben verwendet wird, um Wettervorhersagen, Ressourcenerhebungen, Verkehrskontrolle usw. zu erhalten. verwendet, um die Mikrowellen-Echosignale in elektrische umzuwandeln. In diesem Artikel wird ein Überblick über einen Radarsensor und seine Funktionsweise gegeben.

Was ist ein Radarsensor?

Der Sensor, der zur Messung von Entfernung, Geschwindigkeit und Bewegungen von Objekten über weite Distanzen verwendet wird, wird als Radarsensor bezeichnet und misst auch die Relativgeschwindigkeit des wahrgenommenen Objekts. Dieser Sensor verwendet eine drahtlose Erkennungstechnologie wie FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave), um die Bewegung zu erkennen, indem er die Form, Position, Bewegungsbahn und Bewegungsmerkmale des Objekts ermittelt.

Im Vergleich zu anderen Sensortypen werden diese Sensoren nicht von Dunkelheit und Licht beeinflusst. Diese Sensoren können größere Entfernungen erkennen und sind für Menschen und Tiere sicher. Dabei wird die Trägerfrequenz in einem kleinen Bandbreitenbereich konstant moduliert. Sobald das Signal von einem Objekt zurückreflektiert wird, ist es möglich, die Entfernung und auch die Objektgeschwindigkeit durch Vergleich der Frequenz zu bestimmen.

Dieser Sensor verwendet eine extrem hohe Trägerfrequenz, um einen sehr dünnen Strahlkegel zu erzeugen und nimmt auch über große Entfernungen selbst kleine Objekte ohne Störung durch benachbarte Objekte wahr.

Funktionsprinzip des Radarsensors

Das Arbeitsprinzip eines Radarsensors besteht darin, die Geschwindigkeit eines Objekts zusammen mit seiner Richtung zu berechnen, indem die Änderung der Frequenzwelle erkannt wird, die als Doppler-Effekt bekannt ist.

Ein Radarsensor enthält eine Antenne, die ein hochfrequentes (62 GHz) übertragenes Signal aussendet. Dieses übertragene Signal enthält auch ein moduliertes Signal mit einer niedrigeren Frequenz (10 MHz). Dieser Sensor erhält das Signal, sobald es von einem Objekt zurückgesendet wird. Dieser Sensor wertet also die Phasenverschiebung zwischen den beiden Frequenzen aus. Hier bestimmt die Differenz zwischen Sendezeit und Empfangszeit den Abstand zwischen dem Sensor und einem Objekt.

Blockdiagramm des Radarsensors

Das Blockschaltbild des 24-GHz-Breitband- und Nahbereichs-Automobilradarsensors ist unten dargestellt. Dieses Blockschaltbild enthält einen VCO, PRF (Pulswiederholungsfrequenz), LNA (rauscharmer Verstärker), DSP (digitale Signalverarbeitung) und zwei Antennen.

VCO

Der Begriff VCO steht für einen spannungsgesteuerten Oszillator, der verwendet wird, um ein o/p-Signal zu erzeugen, dessen Frequenz sich mit der Spannungsamplitude für ein Eingangssignal oberhalb eines vernünftigen Frequenzbereichs ändert.

Stromverteiler

Ein Leistungsteiler oder Leistungsteiler wird verwendet, um eine einzelne HF-Leitung in eine obere Leitung aufzuteilen und die Leistung aufzuteilen.

Leistungsverstärker

Ein Leistungsverstärker wird verwendet, um ein Signal von einer niedrigen Leistung zu einer höheren Leistung zu ändern.

SP (Signalverarbeitung)

Die Signalverarbeitung konzentriert sich auf das Modifizieren, Synthetisieren und Analysieren von Signalen wie Bildern, Ton und wissenschaftlichen Messungen.

PRF (Pulswiederholungsfrequenz)

Die Pulswiederholfrequenz ist die Anzahl der Pulse eines sich wiederholenden Signals innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit, normalerweise gemessen in Pulsen pro Sekunde.

Mischer

Der Mischer wird verwendet, um sowohl die Frequenzsumme als auch die Differenz zu erzeugen, die darauf angewendet werden. Die Frequenzdifferenz wird also vom Typ IF (Zwischenfrequenz) sein.

LNA (Low Noise Amplifier)

Es wird verwendet, um das schwache HF-Signal zu verstärken und dieses Signal wird mit einer Antenne empfangen. Der Ausgang dieses Verstärkers kann mit dem Mixer verbunden werden.

Antennen

Dieses System umfasst Sende- und Empfangskanäle, wobei die Sendekanäle hauptsächlich verwendet werden, um verschiedene Antennen anzusteuern und auch Beam-Steering-Funktionen bereitzustellen. Mehrere Empfangskanäle liefern die Winkeldaten bezüglich des Ziels, da zwischen den empfangenen Signalen von unterschiedlichen Empfangsantennen eine Phasendifferenz besteht.

Das Konzept der 24 GHz SRR (Short Range Radar) Sensoren ist gepulstes Radar. Dieser Sensor umfasst den Sende- und Empfangspfad, die Steuer- und DSP-Schaltungen (digitale Signalverarbeitung).

Das Ziel in Reichweite „R“ kann durch Messen der verstrichenen Zeit zwischen einem Sendersignal und einem korrelierten empfangenen Signal erkannt werden. Der Simulationsprozess wurde mit Matlab durchgeführt. Das Hauptziel dieses Radarsensors ist es, potenzielle Gefahren und Verkehrsunfälle für den Fahrzeugführer zu verringern. In diesem System befinden sich verschiedene Sensoren an verschiedenen Stellen des Autos, um die genaue Messung von Objektabstand und -geschwindigkeit von Objekten vor, hinter oder daneben zu ermöglichen.

Jeder Sensor in diesem System sendet die Signale, um zu berechnen, ob sich jemand in der Nähe des Autos befindet und den Fahrer darüber informiert. Diese Signale decken eine Entfernung von bis zu 30 m ab, aber wenn die Entfernung zwischen dem Ziel und dem Auto weniger als zwei Meter beträgt, erzeugt das Auto einen Alarmton, um den Fahrer zu warnen, damit der Autofahrer die entsprechenden Maßnahmen ergreifen kann, um dies zu vermeiden eine Kollision.

Radarsensortypen

Es gibt verschiedene Arten von Radarsensoren, darunter die folgenden.

Millimeterwellen-Radarsensor

Der Sensor, der Millimeterwellen verwendet, wird als Millimeterwellenradarsensor bezeichnet. Im Allgemeinen haben Millimeterwellen einen Frequenzbereich von 30 bis 300 GHz. Darunter werden 77-GHz- und 24-GHz-Radarsensoren in Automobilen zur Kollisionsvermeidung verwendet. Die Millimeterwellen-Wellenlänge liegt zwischen Zentimeterwelle und Lichtwelle. Die Vorteile der Millimeterwelle sind die photoelektrische Führung und die Mikrowellenführung.

Millimeterwellenradar hat viele Eigenschaften im Vergleich zu Zentimeterwellenradar-ähnlichen räumlichen Auflösungen ist hoch, einfach zu integrieren und klein. Im Vergleich zu optischen Sensoren wie Laser, Infrarot, Kameras hat dieser Sensor eine starke Fähigkeit, Rauch, Staub, Nebel und Entstörungskapazität zu durchdringen. Diese Radarsensoren werden in den Bereichen Sicherheit, Automobilelektronik, intelligentes Transportwesen und Drohnen verwendet.

CW-Doppler-Radarsensor

Ein CW-Doppler-Radarsensor oder ein Dauerstrich-Doppler-Radar arbeitet mit einer Frequenz von 915 MHz. Dieser Radarsensor arbeitet mit Doppler-Effekt, um die Geschwindigkeit des Objekts in verschiedenen Entfernungen zu messen. Dieser Sensor sendet ein Mikrowellensignal an ein Ziel und analysiert die Frequenzänderung des reflektierten Signals, die Differenz zwischen den reflektierten und gesendeten Frequenzen und misst auch die Geschwindigkeit des Ziels präzise, ​​die relativ zum Radar ist.

FMCW-Radarsensor

Der Begriff „FMCW“ steht für frequenzmoduliertes Dauerstrichradar. Diese Sensorfrequenz wird mit der Zeit basierend auf dem Gesetz der Dreieckwelle geändert. Die vom Radar empfangene Echosignalfrequenz ist ähnlich der Sendefrequenz. Beides sind dreieckige Wellen, aber es gibt einen winzigen Zeitunterschied. Dieser winzige Unterschied wird also verwendet, um die Zielentfernung zu berechnen.

Radarsensor vs. Ultraschallsensor

Der Unterschied zwischen dem Radarsensor und dem Ultraschallsensor umfasst Folgendes.

Radarsensor	Ultraschallsensor
Der Radarsensor wird verwendet, um die Signale von Mikrowellen-Echo auf elektrische umzustellen.	Ein Ultraschallsensor wird verwendet, um die Entfernung zu einem Objekt mit Ultraschallwellen zu messen.
Diese Sensoren arbeiten mit elektromagnetischen Wellen.	Diese Sensoren erzeugen Schallwellen.
Ähnlich wie bei Ultraschall reflektieren die Wellen dieses Sensors das Ziel und bewegen sich mit bekannter Geschwindigkeit sehr schnell.	Die Schallwellen bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit zum Ziel, wo sie das Ziel reflektieren und zum Sensor zurückkehren.
Die elektromagnetischen Wellen dieses Sensors reagieren auf bestimmte Materialien anders, da sie von der Außenseite reflektiert werden.	Die Schallwellen dieses Sensors reagieren nicht auf bestimmte Materialien.
Diese Sensoren werden durch verschiedene Variablen beeinflusst	Diese Sensoren werden von der Temperatur beeinflusst.
Diese Sensoren werden in Öl und Gas, Zellstoff und Papier, Klärbecken, körnigen Feststoffen, Kunststoffpellets, Pharmazeutika usw. verwendet.	Diese Sensoren werden zur Messung des Flüssigkeitsflusses, des Feststoffspiegels, der Strömung in offenen Kanälen, der Objektprofilierung und der Anwesenheitserkennung verwendet.

Radarsensor-Schnittstelle mit Arduino

Die Schnittstelle des Doppler-Radarsensors RCWL0516 mit Arduino nano R3 ist unten dargestellt. Die erforderlichen Komponenten, die in dieser Schnittstelle verwendet werden, sind; Arduino Nano R3 -1, RCWL0516 Doppler-Radarsensor-1, LED-1 und 220-Ohm-Widerstand.

Der RCWL-0516 ist im Grunde ein Bewegungserkennungssensor. Er kann mittels Doppler-Mikrowellen-Technologie Bewegungen mit Hilfe von Wänden oder anderen Materialien erkennen. Es wird nicht nur durch die Anwesenheit von Personen ausgelöst, sondern auch durch andere aktive Objekte.

Der Sensor in diesem Projekt verwendet Mikrowellen-Doppler-Radartechnologie, um aktive Objekte zu identifizieren. Das Doppler-Radar funktioniert also, indem es ein Mikrowellensignal an ein Objekt sendet, das anschließend die Änderung innerhalb der Frequenz des zurückgesendeten Signals überwacht

Der Doppler-Radarsensor RCWL0516 mit Pinbelegung umfasst Folgendes

• Pin1 (3V3):Der geregelte Ausgang beträgt 3,3V
• Pin2 (GND):Es ist ein Masse-Pin
• Pin3 (OUT):Dies ist ein Ausgangspin, der High triggert, wenn eine Bewegung erkannt wird.
• Pin4 (VIN):Die Versorgungsspannung reicht von 4 bis 28V
• CDS:Sensor deaktiviert oder niedriger Input

Der Unterschied innerhalb der Frequenz des empfangenen Signals kann auch die Geschwindigkeit eines Ziels in Bezug auf den Sensor schätzen.

Dieses Radarsensormodul verwendet einen RCWL0516-IC, der bei der Wiederholung von Triggern und einem 360-Grad-Erkennungsbereich ohne toten Winkel hilft. Es kann Bewegungen durch Wände und andere Materialien erkennen und umfasst einen Anfälligkeitsbereich von 7 Metern.

Verbinden Sie das Arduino mit dem RCWL-0516 und der LED, wie im obigen Schnittstellendiagramm gezeigt.

Wir wissen, dass dieser Radarsensor eine hohe Leistung liefert, sobald eine Bewegung erkannt wird. Hier wird ein CDS-Pin verwendet, um eine Bewegungserkennung zu ermöglichen. Sobald der Code fertig ist, verbinden Sie das Arduino-Board mit dem System und laden Sie den Code hoch. Danach müssen Sie den seriellen Monitor mit einer Baudrate von 9600 öffnen und ein paar Bewegungen vor dem Radarsensor machen. Beobachten Sie also LED- und seriellen Monitor.

int Sensor =12;
int LED =3;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode (Sensor, INPUT);
pinMode (LED, AUSGANG);
Serial.println(“Warten auf Bewegung”);
}
void loop() {
int val =digitalRead(Sensor); // Pin als Eingang lesen
if((val> 0) &&(flg==0))
{
digitalWrite(LED, HIGH);
Serial.println(“ Bewegung erkannt”);
flg =1;
}
if(val ==0)
{
digitalWrite(LED, LOW);
Seriell .println(“KEINE Bewegung”);
flg =0;
}

Vorteile

Die Vorteile von Radarsensoren schließen Sie Folgendes ein.

• Der Radarsensor ist unabhängig von unterschiedlichen Wetterbedingungen
• Erträgt übermäßige Kälte und Hitze
• Funktioniert bei schlechten Lichtverhältnissen
• Es funktioniert im Dunkeln
• Die Wartung ist kostenlos
• Es bietet eine große Auswahl an Funktionen
• Dieser Sensor wird für Innen- und Außenbereiche verwendet
• Dieser Sensor hat im Vergleich zu anderen Sensoren viele Funktionen

Nachteile

Die Nachteile von Radarsensoren schließen Sie Folgendes ein.

• Es kann zahlreiche Ziele, die so nah wie unser Auge sind, nicht unterscheiden und auflösen.
• Die Farbe der Objekte kann nicht erkannt werden.
• Es kann keine Objekte beobachten, die zu tief und im Wasser liegen.

Anwendungen

Die Anwendungen von Radarsensoren umfassen Folgendes.

• Radarsensoren werden verwendet, wenn eine Fahrzeugerkennung erforderlich ist oder eine Kollision bei sich bewegenden Geräten vermieden wird. Die Fahrzeugerkennung umfasst hauptsächlich Lastwagen, Züge, Autos, Mautstellen, Schifffahrtskanäle, Eisenbahnen usw. Die Kollisionsvermeidung umfasst Häfen, Fertigung, Fabrikumgebungen mit geringer Sichtbarkeit und mobile Geräte an Bord.
• Militär
• Sicherheitssystem
• Automobilelektronen
• Intelligenter Verkehrsradar
• UAV-Radar
• Intelligente Beleuchtung
• Industrielle Kontrolle
• Medizinische Behandlung
• Sport

Was macht ein Radarsensor?

Der Radarsensor wird verwendet, um verschiedene Arten von Objekten in großen Entfernungen zu erkennen, zu verfolgen, zu lokalisieren und zu identifizieren. Dieser Sensor funktioniert, indem er elektromagnetische Energie an Ziele überträgt und die Echos erkennt, die von ihnen zurückkommen.

Was sind die 5 Hauptkomponenten des Radars?

Die fünf Hauptkomponenten des Radars umfassen hauptsächlich eine Antenne, einen Sender, einen Empfänger, einen Diplexer und eine Phasenregelschleife.

Warum ist es illegal, einen Radardetektor zu haben?

In bestimmten Ländern ist die Verwendung eines Radardetektors illegal, da dies zu Geldstrafen oder zur Beschlagnahme des Fahrzeugs führen kann.

Kann Radar Menschen erkennen?

Das Radar kann keine Menschen erkennen, die über das Radarfeld gehen oder ruhen, aber das Radar kann einfach die Bewegungskomponenten erkennen.

Was verursacht eine Totzone für Radar?

Die Erdkrümmung kann verhindern, dass das Radar ein Ziel in der maximalen Entfernung erkennt, so dass es für jedes Radarsystem zu einer Totzone führt, in der ein Objekt nicht erkannt werden kann. Aber in der Erdatmosphäre werden elektromagnetische Wellen normalerweise nach unten gebrochen oder gebogen.

Was passiert, wenn Sie von einem Radardetektor angehalten werden?

Wenn Fahrer mit einem Radarwarner wegen Geschwindigkeitsüberschreitung angehalten werden und ein Radarwarner im Fahrzeug gefunden wird, wird ein Strafzettel von der Polizei ausgestellt.

Die Fortschritte bei Radarsensoren mit mmWave-Technologie bieten Flexibilität und hohe Genauigkeit für mehrere Überwachungsanwendungen in der Kabine und liefern gleichzeitig einen winzigen Formfaktor, der einfach und bescheiden in ein Fahrzeug integriert werden kann. Derzeit sind die fortschrittlichen Radarsensoren, die in verschiedenen Anwendungen verwendet werden; OPS243-A Doppler-Radarsensor, mmWave-Radarsensor, ARS540, ARS430, ARS410, ARS441 usw.

Hier geht es also um einen Überblick über einen Radarsensor und seinen Umgang mit Anwendungen. Dieser Sensor verwendet eine drahtlose Sensortechnologie, um die Form, Position, Bewegung usw. des Ziels zu erkennen und zu extrahieren. Im Vergleich zu anderen Arten von Sensoren haben diese Sensoren viele Vorteile. Im Gegensatz zum visuellen Sensor wird der Radarsensor beispielsweise nicht von Dunkelheit und Licht beeinflusst. Dieser Sensor kann Hindernisse durchdringen. Ebenso kann dieser Sensor mit Ultraschalltechnologie größere Entfernungen erkennen, ohne Tieren und Menschen zu schaden. Hier ist eine Frage an Sie, was ist die Reichweite des Radarsensors?