מכ"ם מיקרוגל – אלקטרוניקה פתוחה

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


גלאי תנועה המבוסס על אפקט דופלר, שנוצר על ידי שילוב של חיישן ספציפי עם מעגל המגביר את אות המוצא.

כעת המכשירים המשמשים במערכות זיהוי נוכחות ותנועה, לשילוב עם אוטומציות לפתיחת דלתות וקרוסלות אך גם עם מערכות למניעת גניבות ופריצות, בולטים מכ"מים אינפרא אדום פסיביים (שנקראים אחרת PIR) ומיקרוגלים, אשר בהשוואה ל לראשונים יש זכות לגלות אפילו רק את הנוכחות, אבל מעל הכל להיות מסוגלים לעשות זאת גם אם האדם או החפץ נמצאים מאחורי קירות ודלתות, ובלבד שהם אינם עשויים ממתכת או מכילים מתכת שריון. .

בעבר כבר עסקנו בחיישני מיקרוגל, באמצעות לוח פריצה ייעודי בפרויקט המקביל (המאמר המקביל הוא זה שפורסם בקובץ מס' 227 של יולי / אוגוסט 2018) והיום אנו רוצים לחזור לנושא על ידי מציע פרויקט חדש שפותח סביב מכ"ם רב עוצמה הפועל ברצועת X ובדיוק בתדר 10.525GHz (זהו התדר האופייני, אך החיישנים המשווקים באיטליה פועלים בדרך כלל במהירות 9.9GHz), המסוגל לזהות תנועה של אנשים וחפצים בהם. פעולת טווח.

החיישן שאליו אנו מתייחסים הוא ה-HB100 הפופולרי (מיוצר על ידי Agilsense, www.agilsense.com) שהוא מכשיר העשוי על מעגל מודפס SMD, המכיל מתנד הפולט מיקרוגל מאנטנה מיוחדת המכוונת לחזית וקולט מקלט אנטנה, מערבב את שני האותות במיקסר RF ובכך מנצל את אפקט הדופלר. האלקטרוניקה סגורה בחזית בכיסוי מתכת (איור 1) המכיל גם את אנטנות המיקרוגל.

איור.1

לפני שנמשיך, יש לציין כי HB100 הוא למעשה משפחה של מכ"מים מיקרוגל, שמרכיביהם נבדלים בעיקרם על ידי תדירות ההסכמה של המתנד המקומי.

HB100 שלנו (זה ששימש בפרויקט המתואר בעמודים אלה) הוא חיישן Bi-Static המבוסס על מתנד DRO וזוג אנטנות של מערך תיקון Microstrip.

לאחר מכן החיישן פועל על ידי הפניית גלי רדיו ישירים מאוד לכיוון החזיתי וזיהוי ההשתקפות על העצמים שהוא פוגש באמצעות שלב קליטה (חזית) שהאות שלו מעורבב במיקסר AF עם זה של המתנד הפנימי, שהוא ה- אותו הדבר שמטיס את האנטנה המקרינה; מהמיקסר מגיע תדר ממוצע (IF = Intermediate Frequency) בערך השווה להפרש בין התדר המוקרן לזה הנקלט, שיהיה שונה אם הגלים הושתקפו מגוף נע, דווקא בגלל הדופלר השפעה.

אות ה-IF הוא אפוא זה שנותן לנו את האינדיקציה על זיהוי של משהו שזז מול החיישן וקיים רק כאשר יש הבדל בין התדר המשודר (כלומר שנוצר על ידי המתנד המקומי) לבין התדר המתקבל, האחרון תלוי בגורמים שונים כמו המסה ומהירות התנועה של הגוף עליו מתבצעת ההשתקפות (מטרה) ועוד.

דיאגרמות הקרינה במישור האופקי והאנכי של גלי ה-RF מוצגות ב איור 2 ולאפשר להבין מהם אזורי הגילוי האופטימליים של המכ"ם.

איור 2

המעגל שלנו

כדי להשתמש באות ה-IF ברוב היישומים המעשיים, אתה צריך "מעגל מיזוג" או מגבר, בעצם, שהופך את הרמה גבוהה מספיק כדי שתוכל לשלוח אותה לאחר מכן ל-ADC של מיקרו-בקר (כגון Arduino) או להשוואת מתחים שמחליף את התפוקה שלו בהתבסס על חריגה של סף שאנו יכולים להתייחס גם לזה של אזעקה ובפועל יתאים לגודל או ליכולת ההשתקפות של הגוף בתנועה, כמו גם למהירות התנועה של הגוף. הגוף עצמו.

המעגל שאנו מציגים בעמודים אלו הוא אפוא מגבר מתח אשר קודם כל מעלה מאוד את רמת האות המסופק על ידי פלט ה-IF של מודול מכ"ם המיקרוגל ולאחר מכן מסנן, על ידי חיתוך בחלקו העליון, את פס התדרים, כך כמו לנקות את האות מהפרעות ונמלט מזויף מהמודול.

אז בואו נסתכל על דיאגרמת החיווט, המוצגת בעמוד הבא, שמראה לנו מגבר דו-שלבי במפל, שנעשה עם שני המבצעיים הכלולים ב-LM358 מסורתי; המגבר הראשון פועל בתצורה שאינה מתהפכת והשני (הפלט) במצב היפוך, לכן אות המוצא יהיה בפאזה נגדית ביחס לזה שמתקבל בפלט של מודול המיקרוגל.

לשלם יש רווח מתח גבוה מכיוון שלאות המסופק ביציאת החיישן יש משרעת בסדר גודל של כמה עשרות מיקרו-וולט; ליתר דיוק, הרווח (G) של השלב הראשון ניתן על ידי הנוסחה:

G = (R4+R5) / R4

ובהתחשב בערכי הרכיבים, הוא שווה פי 101 במתח. הנוסחה אינה לוקחת בחשבון את התגובה הקיבולית של הקבלים הקיימים ברשת המשוב, אשר בתדרי עבודה זניחים, כלומר אלה האופייניים שנלקחו מה-IF של חיישן המיקרוגל.

השלב השני מחושב בצורה מעט שונה, בהיותו מגבר הפוך; ליתר דיוק, הנוסחה היא:

G = – R8/R7

לכן הרווח G שווה בערך פי 122. כמו כן, לשלב זה השיקולים שהועלו זה עתה לגבי התגובה של הקבלים תקפים.

בהיותם, שני המגברים, במפל, הרווח התיאורטי הכולל ניתן על ידי המכפלה של הרווחים הבודדים, ולכן הוא מתאים ל-12.322. אז אות שנכנס ל-U1a ברוחב של 10 מיקרו-וולט משאיר U1b ברוחב של 0.123V ולכן מספיק לקריאה, למשל, על ידי ממיר A/D של לוח ארדואינו או כל מיקרו-בקר. מכיוון שהמעגל מופעל במתח בודד ביחס לאדמה, שני אלו התפעוליים מקוטבים במנוחה עם מחצית מפוטנציאל אספקת החשמל, ובזכות הקבלים המוכנסים לרשת המשוב, במצב רציף יש להם רווח יחידתי, כך שתמיד לחזור למוצא במנוחה, חצי ממתח האספקה. מדד זה חיוני מכיוון שאם לא כן, הסטייה של פלט המתח התפעולי תהיה רק ​​עבור ערכים חיוביים ולא שליליים ביחס להתייחסות במנוחה; על ידי הצבת מתח המוצא בחצי מפוטנציאל ההספק, האות המשתנה המוגבר יכול להתנודד באותה משרעת מעל או מתחת למתח הייחוס, ולכן המבצעיים יכולים להגביר בצורה סימטרית.

הקיטוב של המארז מתקבל על ידי השגת מחצית מהפוטנציאל של Vcc עם המחלק ההתנגדות R1-R2, ולאחר מכן הפעלת המתח הזה לכניסה הלא-הפוכה של U1a (פין 3) באמצעות R6 ולהפוך (פין 2) של U2 ישירות; הקבל האלקטרוליטי C2, מחושב כראוי, בתדרי העבודה מקצר כמעט את האות, דבר הכרחי מכיוון שהוא רשת הקיטוב המשותפת לשניים הפועלים, ללא מעקף זה אות הכניסה של U1a יגיע לכניסה ההפוכה של U1b , דילוג על הגורל השלב הראשון.

כדי להבטיח את ההגבר המאוחד ברציפות מספקים את הקבל C4 לשלב הראשון ו-C6 לשלב השני, למעשה במקרה הראשון, בהיותו התגובה הקיבולית של C4, ברציפות, בעלת ערך אינסופי ומציאת הקבל בסדרה ב-R4, G זה יהיה שווה 1. לגבי השלב השני, C6 הולך בסדרה עם R7, לכן ברציפות ההגבר הוא יחידתי, המבצע מוחזר רק על ידי R8.

שימו לב שלכל שלב מגבר יש קבל בעל ערך קטן על המשוב, שמטרתו לקבוע, יחד עם הנגד שאליו הוא מחובר במקביל, "קוטב" או תדר חיתוך גבוה יותר המונע את ה-AF מזויף. נמלט ממודול המכ"ם מהגברה והתפשטות על קו המוצא, מה שנותר לעבד רק את האות שיוצא מ-IF, שהוא מטבעו בתדר נמוך.

המעגל כולו מופעל באמצעות 5 וולט, דרך מגעי Vcc ו-GND והמתח מספק גם את המתח התפעולי הכפול וגם את החיישן HB100, שבתוכו יש את קבלי המסנן של ספק הכוח הדרושים למניעת הפרעות שמקורן במתנד יכולים לצאת דרך המתח לְסַפֵּק.

באשר ליישומים המעשיים של החיישן, זכרו שניתן להשתמש בו להפחתת אזעקות שווא במערכות נגד חדירה בשילוב עם מכ"מים אינפרא אדום פסיביים (ה-PIR הפופולרי והזול), אך גם לאיתור אנשים או מכוניות על מנת להיפתח אוטומטית דלתות ושערים ממונעים, כלומר להדליק אורות; זה יכול להיות שימושי גם בזיהוי המהירות של כלי רכב, בזכות העובדה שאות ה-IF תלוי במהירות התנועה של אותה מסה ושטח פנים של אובייקט המטרה. בדרך זו, תוכל לבנות מצלמת מהירות.

בכל מקרה, המעגל המשמש לקריאת האות שמספק החיישן חייב להיות מסוגל למדוד את התדר המסופק, שכן ממנו מתקבל מידע על מהירות התנועה של הגוף ולכן על העובדה שמשהו זז. או לא מול הרדאר; המיקרו-בקר של המקרה – כי על זה אנחנו מדברים – יצטרך לקבוע סף תדר שמתחתיו ניתן להתעלם מהתנועה ומעבר לו ניתן להניח שמשהו זז מול החיישן, ובעצם מבסס את הרגישות של ה- איתור.

כדי לקבוע את מהירות התנועה, אם ברצונך לבנות מד מהירות, תוכל להתחיל מהסטת התדר Fd ולגזור את מהירות התנועה V מהנוסחה ההפוכה המפושטת:

V = Fd / 18.33

תקף, כמו תמיד, בתנאים שהאובייקט מרחיק תנועה ישר מהחיישן HB100.

כך, למשל, אם אנו קוראים שינוי תדר של 183.3 הרץ ביציאת ה-IF או בכל מקרה ב-OUT של המגבר, בתנאים אלו נוכל להאמין שהעצם שזוהה נע במהירות של 10 קמ"ש.

לשימוש בחיישן יש לזכור ששדה הרגישות במישור האנכי והאופקי הוא זה המתואר בתרשימים הקוטביים שהוצעו כמה עמודים אחורה. איור 2



קישור לכתבת המקור – 2021-12-15 17:00:00

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר