O que é um sensor de radar:Funcionando e suas aplicações

No momento, a tecnologia de semicondutores está se desenvolvendo rapidamente, então o consumo de energia e o tamanho do radar foram reduzidos drasticamente e sua função está ficando mais forte com o uso de várias transmissões e recepções, tecnologia de banda ultralarga, ondas milimétricas, tecnologia de processamento de sinal, ICs com aumentar as capacidades de computação, etc. O radar tradicional é amplamente usado como radar de bordo, radar de base, aerotransportado, etc, enquanto um sensor de radar é usado em nossa vida diária para obter previsões meteorológicas, pesquisas de recursos, controle de tráfego, etc. Este sensor é um dispositivo de conversão, usado para alterar os sinais de eco de microondas para elétricos. Portanto, este artigo discute uma visão geral de um sensor de radar e seu funcionamento.

O que é sensor de radar?

O sensor que é usado para medir a distância, velocidade e movimentos de objetos acima de grandes distâncias é conhecido como sensor de radar e também mede a velocidade relativa do objeto percebido. Este sensor usa tecnologia de detecção sem fio como FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) para detectar o movimento descobrindo a forma do objeto, posição, trajetória de movimento e características de movimento.

Em comparação com outros tipos de sensores, esses sensores não são afetados pela escuridão e luz. Esses sensores podem detectar distâncias mais longas e são seguros para pessoas e animais. Aqui, a frequência da portadora é modulada constantemente em uma pequena faixa de largura de banda. Uma vez que o sinal de um objeto é refletido de volta, é possível determinar a distância e também a velocidade do objeto comparando a frequência.

Este sensor usa uma frequência portadora extremamente alta para produzir um cone de feixe muito fino e também percebe até mesmo objetos pequenos sem interferência de objetos adjacentes acima de grandes distâncias.

Princípio de funcionamento do sensor de radar

O princípio de funcionamento de um sensor de radar é calcular a velocidade de um objeto junto com sua direção, detectando a mudança na onda de frequência, que é conhecida como Efeito Doppler.

Um sensor de radar inclui uma antena que emite um sinal transmitido de alta frequência (62 GHz). Este sinal transmitido também inclui um sinal modulado com uma frequência mais baixa (10 MHz). Este sensor recebe o sinal assim que é retornado de um objeto. Portanto, este sensor avalia a mudança de fase entre as duas frequências. Aqui, a diferença entre o tempo de transmissão e o tempo de recepção determinará a distância entre o sensor e um objeto.

Diagrama de bloco do sensor de radar

O diagrama de blocos do sensor de radar automotivo de banda larga e curto alcance de 24 GHz é mostrado abaixo. Este diagrama de blocos inclui um VCO, PRF (frequência de repetição de pulso), LNA (amplificador de baixo ruído), DSP (processamento de sinal digital) e duas antenas.

VCO

O termo VCO significa oscilador controlado por tensão, usado para gerar um sinal o / p cuja frequência muda com a amplitude da tensão para um sinal de entrada acima de uma faixa de frequências razoável.

Divisor de energia

Um divisor de potência ou divisor de potência é usado para dividir uma única linha de RF em uma linha acima e dividir a potência.

Amplificador de potência

Um amplificador de potência é usado para alterar um sinal de baixa potência para alta potência.

SP (Processamento de Sinal)

O processamento de sinais se concentra em modificar, sintetizar e analisar sinais como imagens, som e medições científicas.

PRF (frequência de repetição de pulso)

A frequência de repetição do pulso é o número de pulsos de um sinal repetido dentro de uma unidade de tempo específica, geralmente medida em pulsos para cada segundo.

Mixer

O mixer é usado para gerar a soma e a diferença das frequências que são aplicadas a ele. Portanto, a diferença de frequências será do tipo IF (Intermediate Frequency).

LNA (amplificador de baixo ruído)

É usado para amplificar o sinal de RF fraco e esse sinal é recebido por meio de uma antena. A saída deste amplificador pode ser conectada ao Mixer.

Antenas

Este sistema inclui canais de transmissão e recepção, onde os canais de transmissão são usados ​​principalmente para acionar diferentes antenas e também fornecer recursos de direcionamento do feixe. Vários canais de recepção fornecem os dados angulares em relação ao alvo porque há uma diferença de fase entre os sinais recebidos por antenas de recepção diferentes.

O conceito usado pelos sensores SRR (Short Range Radar) de 24 GHz é o radar pulsado. Este sensor inclui o caminho de transmissão e recepção, os circuitos de controle e DSP (processamento de sinal digital).

O alvo na faixa 'R' pode ser detectado medindo o tempo decorrido entre um sinal do transmissor e um sinal recebido correlacionado. O processo de simulação foi feito em Matlab. O principal objetivo deste sensor de radar é diminuir o perigo potencial e acidentes de trânsito enfrentados pelo motorista do veículo. Neste sistema, diferentes sensores estão localizados em diferentes lugares do carro para que a medição exata da distância e velocidade dos objetos na frente, atrás ou ao lado.

Cada sensor deste sistema transmite os sinais para calcular, se houver alguém na região do carro então informa o motorista a respeito. Esses sinais cobrem uma distância de até 30 m, mas, se a distância entre o alvo e o carro for inferior a dois metros, o carro gera um som de alarme para alertar o motorista para que o motorista possa tomar as medidas adequadas para evitar uma colisão.

Tipos de sensores de radar

Existem diferentes tipos de sensores de radar, incluindo o seguinte.

Sensor de radar de ondas milimétricas

O sensor que usa ondas milimétricas é conhecido como sensor de radar de ondas milimétricas. Geralmente, as ondas milimétricas têm um domínio de frequência de 30 a 300 GHz. Entre eles, sensores de radar de 77 GHz e 24 GHz são usados ​​em automóveis para evitar colisões. O comprimento de onda da onda milimétrica varia entre a onda centimétrica e a onda de luz. As vantagens da onda milimétrica são a orientação fotoelétrica e a orientação por microondas.

O radar de ondas milimétricas tem muitas características, em comparação com a resolução espacial semelhante ao radar de ondas centimétricas, é alta, integração simples e tamanho pequeno. Em comparação com sensores ópticos como lasers, infravermelhos, câmeras, este sensor tem uma forte capacidade de penetração de fumaça, poeira, névoa e capacidade anti-interferência. Esses sensores de radar são usados ​​em segurança, elétrons automotivos, transporte inteligente e drones.

Sensor de radar Doppler CW

Um sensor de radar Doppler CW ou radar Doppler de onda contínua opera na frequência de 915 MHz. Este sensor de radar funciona com efeito Doppler para medir a velocidade do objeto em várias distâncias. Este sensor transmite um sinal de micro-ondas para um alvo e analisa a mudança na frequência do sinal refletido, a diferença entre as frequências refletidas e transmitidas, e também mede a velocidade do alvo precisamente que é relativa ao radar.

Sensor de radar FMCW

O termo “FMCW” significa radar de onda contínua com modulação de frequência. Esta frequência do sensor será alterada com o tempo com base na lei da onda do triângulo. A frequência do sinal de eco que é recebida pelo radar é semelhante à frequência de emissão. Ambas são ondas triangulares, mas há uma pequena diferença de tempo. Portanto, essa pequena diferença é usada para calcular a distância do alvo.

Sensor de radar x sensor ultrassônico

A diferença entre o sensor de radar e o sensor ultrassônico inclui o seguinte.

Sensor de radar	Sensor ultrassônico
O sensor de radar é usado para alterar os sinais de eco de micro-ondas para elétricos.	Um sensor ultrassônico é usado para medir a distância até um objeto com ondas sonoras ultrassônicas.
Esses sensores funcionam com ondas eletromagnéticas.	Esses sensores funcionam produzindo ondas sonoras.
Semelhante ao ultrassom, as ondas desse sensor refletirão o alvo e viajarão a uma velocidade conhecida muito rápido.	As ondas sonoras viajam na velocidade do som até o alvo, onde refletem o alvo e voltam ao sensor.
As ondas eletromagnéticas deste sensor respondem de uma maneira diferente a materiais específicos porque são refletidas no exterior.	As ondas sonoras deste sensor não respondem a materiais específicos.
Esses sensores são afetados por diferentes variáveis ​​	Esses sensores são afetados pela temperatura.
Esses sensores são usados ​​em petróleo e gás, celulose e papel, clarificadores, sólidos granulares, pelotas de plástico, produtos farmacêuticos, etc.	Esses sensores são usados ​​para medir o fluxo de líquido, nível de sólidos, fluxo de canal aberto, perfil de objeto e detecção de presença.

Sensor de radar fazendo interface com o Arduino

A interface do sensor radar doppler RCWL0516 com o Arduino nano R3 é mostrada abaixo. Os componentes necessários usados ​​nesta interface são; Arduino Nano R3 -1, RCWL0516 Doppler Radar Sensor-1, LED-1 e resistor de 220 ohms.

O RCWL-0516 é basicamente um sensor de detecção de movimento. Ele pode reconhecer o movimento por meio da tecnologia de microondas Doppler com a ajuda de paredes ou outros materiais. Ele será acionado não apenas pela presença de pessoas, mas também por outros objetos ativos.

O sensor neste projeto usa tecnologia de radar Doppler de micro-ondas para identificar objetos ativos. Assim, o radar doppler funciona transmitindo um sinal de micro-ondas para um objeto depois que monitora a mudança na frequência do sinal retornado

A pinagem do sensor de radar doppler RCWL0516 inclui o seguinte

• Pin1 (3V3):A saída regulada é 3,3V
• Pin2 (GND):é um pino de aterramento
• Pin3 (OUT):este é um pino de saída que dispara alto se for detectado movimento.
• Pin4 (VIN):A tensão de alimentação varia de 4 a 28V
• CDS:sensor desativado ou entrada baixa

A diferença dentro da frequência do sinal recebido também pode estimar a velocidade de um alvo em relação ao sensor.

Este módulo de sensor de radar usa um RCWL0516 IC que auxilia na repetição de gatilhos e uma região de detecção de 360 ​​graus sem um ponto cego. Pode identificar movimento através de paredes, outros materiais e inclui uma faixa de suscetibilidade de 7 metros.

Conecte o Arduino ao RCWL-0516 e ao LED conforme mostrado no diagrama de interface acima.

Sabemos que este sensor de radar fornece alto rendimento quando o movimento é detectado. Aqui, um pino CDS é usado para permitir a detecção de movimento. Quando o código estiver pronto, conecte a placa Arduino ao sistema e faça upload do código. Depois disso, você precisa abrir o monitor serial a uma taxa de transmissão de 9600 e fazer alguns movimentos antes do sensor de radar. Portanto, observe o LED e o monitor serial.

int Sensor =12;
int LED =3;
configuração vazia () {
Serial.begin (9600);
pinMode (Sensor, INPUT);
pinMode (LED, SAÍDA);
Serial.println (“Aguardando movimento”);
}
void loop () {
int val =digitalRead (Sensor); // Lê o pino como entrada
if ((val> 0) &&(flg ==0))
{
digitalWrite (LED, HIGH);
Serial.println (“ Movimento detectado ”);
flg =1;
}
if (val ==0)
{
digitalWrite (LED, BAIXO);
Serial .println (“SEM movimento”);
flg =0;
}

Vantagens

As vantagens dos sensores de radar inclui o seguinte.

• O sensor de radar é independente de diferentes condições climáticas
• Suporta frio e calor excessivos
• Funciona em más condições de iluminação
• Funciona no escuro
• Sua manutenção é gratuita
• Ele oferece uma grande variedade de funções
• Este sensor é usado para fins internos e externos
• Este sensor tem muitos recursos em comparação com outros sensores

Desvantagens

As desvantagens dos sensores de radar inclui o seguinte.

• Ele não pode diferenciar e resolver vários alvos que estão extremamente próximos como nossos olhos.
• Não consegue identificar a cor dos objetos.
• Não pode observar objetos muito profundos e na água.

Aplicativos

As aplicações de sensores de radar incluem o seguinte.

• Sensores de radar são usados ​​onde a detecção de veículos é necessária ou evitando uma colisão quando o equipamento está em movimento. A detecção de veículos inclui principalmente caminhões, trens, carros, cabines de pedágio, canais de transporte, ferrovias, etc. A prevenção de colisões inclui portos, manufatura, ambientes de fábrica de baixa visibilidade e equipamentos móveis a bordo.
• Militar
• Sistema de segurança
• Elétrons automotivos
• Radar de tráfego inteligente
• radar UAV
• Iluminação inteligente
• Controle industrial
• Tratamento médico
• Esportes

O que um sensor de radar faz?

O sensor de radar é usado para detectar, rastrear, localizar e identificar vários tipos de objetos a distâncias significativas. Este sensor funciona transmitindo energia eletromagnética para alvos e detecta os ecos que voltam deles.

Quais são os 5 componentes principais do radar?

Os cinco componentes principais do radar incluem principalmente uma antena, um transmissor, um receptor, um diplexador e um loop de bloqueio de fase.

Por que é ilegal ter um detector de radar?

Em alguns países, o uso de um detector de radar é ilegal, pois pode resultar em multas e apreensão do veículo.

O radar pode detectar humanos?

O radar não pode detectar humanos que estão andando ou parados no campo do radar, mas o radar pode simplesmente detectar os componentes do movimento.

O que causa uma zona morta para o radar?

A curvatura da terra pode evitar que o radar detecte um objetivo no alcance máximo, portanto, resulta em uma zona morta para cada sistema de radar onde um objeto não pode ser detectado. Mas na atmosfera terrestre, as ondas eletromagnéticas são geralmente refratadas para baixo ou dobradas.

O que acontece se você for parado por um detector de radar?

Se os motoristas forem parados com um detector de radar por excesso de velocidade e forem encontrados um detector de radar no veículo, uma multa por excesso de velocidade será emitida pelos policiais.

Os avanços no sensor de radar usando a tecnologia mmWave fornecem flexibilidade e alta precisão para várias aplicações de monitoramento na cabine, ao mesmo tempo em que oferece um formato minúsculo que pode ser incluído de forma simples e modesta em um veículo. Atualmente, os sensores de radar avançados usados ​​em diferentes aplicações são; Sensor de radar doppler OPS243-A, sensor de radar mmWave, ARS540, ARS430, ARS410, ARS441, etc.

Portanto, trata-se de uma visão geral de um sensor de radar e seu funcionamento com os aplicativos. Este sensor usa tecnologia de detecção sem fio para descobrir e extrair a forma, posição, movimento do alvo, etc. Em comparação com outros tipos de sensores, esses sensores têm muitas vantagens. Por exemplo, em comparação com o sensor visual, o sensor do radar não é afetado pela escuridão e luz. Este sensor pode penetrar em obstáculos. Da mesma forma, com a tecnologia de ultra-som, este sensor pode detectar distâncias mais longas sem causar danos a animais e pessoas. Aqui está uma pergunta para você, qual é o alcance do sensor de radar?