Сигнальный модуль, отслеживающий движение за стеной.

Опубликовал | 26.02.2019
Всем привет! Пару раз тут проскакивали микроволновые датчики, но что-то не задалось с применением на практике. Решил восполнить этот пробел небольшим обзором, заодно поделиться историей сборки и настройки монитора движения за различными преградами, такими как дерево, кирпич и прочими не металлическими поверхностями. Хотя экранировать обратную сторону при первоначальной наладке не удалось даже кастрюлей из нержавейки, но массивная металлическая дверь полностью преграждает «обзор». Чувствительность модуля «из коробки» довольно большая — реагирует на любые движения в радиусе 5-8 метров вокруг себя и пришлось повозиться, чтобы уменьшить её до нужных мне трех метров. Кто знает, может мой опыт будет кому-то полезен для похожей или иной сборки )

Предыстория.

Что-то произошло и на работе все дружно разучились стучать в дверь перед тем как войти. Так то ничем плохим в кабинете не занимаюсь, да и мониторы повернуты в противоположную от входа сторону, но малость напрягает.
Изначально хотел собрать установку «терапии» с помощью «шокера» из магазина приколов, ардуины и микрофона.
Конструкция:
Контактные площадки шокера уходят на внешнюю рукоять. Один на массу, второй на изолированную пластину с внутренней части ручки, чтобы в глаза ничего не бросалось.
Микрофон жестко зафиксирован в корпусе, который плотно прижат к двери, ардуинка там же.

Алгоритм работы задумывался простейший:
— Если шум выше определенного уровня(стук в дверь), питание шокера выключается на 5 минут
— По прошествии 5 минут подается питание.

Потом вспомнил, что директор тоже никогда не стучит, но и по пустякам не заходит, так что после процедуры и без того плохое настроение может стать еще хуже, а оно мне не надо. Пришлось придумывать более безопасный вариант.

Был приобретен простейший микроволновый датчик RCWL-0516 за $0.55.

Так то они используются в основном как датчик для включения освещения, вон в уголку в CDS даже впаивается фоторезистор, а так же с обратной стороны напаиваются резисторы для регулировки задержек и чувствительности.

Характеристики модуля

Входное напряжение питания (VIN): 4… 28 В постоянного тока.
Потребляемый ток: до 3 мА (номинально 2,8 мА).
Дальность обнаружения: до 9 м (номинально до 5 м).
Мощность передатчика: до 30 мВт (номинально до 20 мВт).
Частота передатчика: 5,8 ГГц.
Время задержки до сброса триггера: 2 сек ±30%.
Выходное напряжение питания (3V3): 3,2… 3,4 В (номинально 3,3 В).
Максимальный ток на выходе «3V3»: до 100 мА.
Рабочая температура: -20… +80 °С.
Температура хранения: -40… +100 °С.
Габариты: 17,3х35,9 мм
Вес: 4 гр.

Подробнее о принципе и особенностях работы
В основу работы датчика заложен эффект Доплера — изменение частоты отражённой волны, вследствие движения излучателя, приёмника или отражателя. В данном модуле частота излучаемой им радиоволны меняется вследствие движения отражателя (препятствия). Модуль построен на базе чипа RCWL-9196 который оснащён передатчиком и приёмником. Датчик сработает если приёмник примет сигнал, частота которого незначительно отличается от частоты сигнала передатчика:

Передатчик излучает радиоволну на определённой частоте.
— 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.

Когда датчик срабатывает, на его выходе «OUT» устанавливается уровень логической «1». Датчик снабжен триггером, который удерживает уровень логической «1» на выходе «OUT» в течении 2 сек ±30%, после прекращения движения.
Если датчик многократно срабатывает, например, постоянно фиксирует движения в течении 10 секунд, то уровень логической «1» на выходе «OUT» будет установлен на 12 секунд с момента первого срабатывания (10 секунд во время фиксации движений + 2 секунды после их прекращения, пока не «сбросится» триггер).

Использование датчиков движения основанных на эффекте Доплера позволяет фиксировать движения через объекты не отражающие радиоволны (дерево, пластик, гипс и т.д.), чего не могут сделать датчики движения основанные на пироэлектрическом эффекте

Планируемый функционал:

При приближении объекта к кабинету, срабатывает датчик и контроллер через динамик имитирует стук в дверь.

Информативно, удобно, не опасно. Заодно учит окружающих издавать правильный звук перед тем как войти )

Питается плата в довольно широком диапазоне, но при напряжении ниже 4 Вольт проскакивают ложные срабатывания, поэтому слепил холдер под два аккумулятора 18650.

Контактными площадками послужили сами провода, концы которых паяльником просто вплавил в корпус

Со стороны «минуса» аналогично

Подключение.

Использовал три контакта:

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).

Замерил выход: 3,35В, 10 мА — достаточно для использования в качестве индикатора 5мм RGB светодиода, поэтому подключил без контроллера на время тестов, а потом так и оставил.

Плюсовая площадка напечатана с зазором в корпусе, так что получилась своеобразная пружина.

Благодаря этому аккумуляторы фиксируются с небольшим усилием, что улучшает контакт.

На гифке уже доработанная версия, до этого возился с резистором, который по даташиту должен менять чувствительность.

R-NG — Если нужно снизить дальность до 5м., добавляем резистор 1 МОм

Добавил, правда с размером чуть промахнулся, поэтому пришлось лепить как попало.

Чувствительность действительно упала, но не намного. Мне нужно было следить за трехметровым коридором через дверь. Вместо этого датчик срабатывал на все, что движется в радиусе 3-5 метров вокруг себя, а за боковой стеной фойе с кучей людей. Беда. Потом нашел другой даташит с полноценной схемой и обратил внимание на резистор R9 на 220 Ом, который тянет антенну на землю.

Вот он на плате в правом нижнем углу. Впаял вместо него 100 Ом — датчик перестал реагировать совсем.

Нашел подстроечный многооборотный резистор, докрутил до 100 Ом, впаял и начал потихоньку поднимать сопротивление.

При 130 Ом плата начала реагировать на движение в пределах метра, при 170 покрытие увеличилось до трех метров, но появилась другая проблема — датчик переставал видеть движение в метре от себя… интересненько. Так то меня всё устраивало — сбоку чувствительность упала заметно, с тыльной стороны на меня реакции практически не было. А вот коридор просматривался хорошо, правда при приближении объекта к двери индикатор предательски гас. И это малость раздражало. Потом вспомнил за резистор на R-GN с обратной стороны платы, выпаял его и всё начало работать по-человечески. При этом появился контраст по обнаружению движения перед датчиком и сбоку/за ним. Перед собой реагировал на движущиеся объекты за 3 метра, сбоку меньше метра, сзади около метра. В итоге остановился на значении 160 Ом для R9, даже думал впаять обычный резистор вместо подстроечного, пока не принес конструкцию домой…

Эта сволота оказалась довольно капризной, видимо влияет шум от электроники начиная с лампочек и до крупной бытовой техники. Ну как капризной, пришлось подкручивать и проверять пока не добился нужного результата.
Так же заметил, что при «задушенной» чувствительности, например, до 3 метров, датчик срабатывает на объекты, которые двигаются с увеличенной скоростью на расстоянии 5-6 метров. На детей, носящихся в коридоре несколько раз реагировал.

Изначально хотел добавить ардуину и динамик, но дверь находится напротив моего рабочего места и моргающий разными цветами светодиод оказался довольно информативен, так что ленивец внутри меня возрадовался и сабж так и остался в тестовой сборке.
В качестве простейшего дополнения можно докупить вот такую пищалку

Питание 3,3-5 Вольт, так что можно подключить к одному из аккумуляторов или поставить понижайку на оба, чтобы разряжались равномерно. Минус будет общим, OUT датчика подключить к I/O пищалки. В этом случае при срабатывании помимо световой индикации будет еще и звуковая.

Автономность.

При питании от 2 х 18650 ток в режиме ожидания составляет 5 мА, это около 0.035 Вт при 7 Вольтах.

При срабатывании датчика ток поднимается до 5.7 мА (Включается светодиод).

Пары 3000 мАч аккумуляторов хватит для 600 часов непрерывной работы или 25 дней.

Итоги.

По функционалу всей сборки — делалось не в качестве серьезного устройства, а скорее для фана — посмотреть как будет работать и повозиться с регулировкой. Заказал еще парочку подобных модулей, думаю сделать освещение крыльца и перед гаражом. Не нужно будет переживать за погодные условия, т.к. сам датчик будет за стеной. Да, он будет срабатывать и с обратной стороны — да и пусть. Подошел к окну — подсветка включилась, видно что творится во дворе. Если не интересно что происходит — не подходи к окну )

Буду рад конструктивной критике и идеям по доработке в комментариях. Всем добра =)

Добавить в избранное +13 +13

(c) 2017 Источник материала

Рекламные ссылки