Das Innere eines 1-Dollar-Radar-Bewegungssensors

Das Innere eines 1-Dollar-Radar-Bewegungssensors

• Kürzlich habe ich einen RCWL-0516-Mikrowellen-Bewegungssensor gekauft. Ich war neugierig, wie China ein Radar für weniger als 1 Dollar herstellen konnte
• Den Sensor in Betrieb zu nehmen war sehr einfach. Ich verband den VIN-Pin mit 5 Volt, den GND-Pin mit Masse und fügte am 3V3-Pin einen 1-uF-Abblockkondensator hinzu. Wenn sich jemand innerhalb von etwa 5 Metern bewegt, steigt der OUT-Pin für 3 Sekunden auf 3 Volt

Funktionsweise des Sensors

• Ich habe das Datenblatt des großen SOIC-16-Chips gefunden. Der BISS0001 ist ein Infrarot-Bewegungssensor-Chip
• Üblicherweise senden Radar-Systeme zur Bewegungs- und Geschwindigkeitserkennung (Doppler) einen kontinuierlichen Träger aus und mischen das empfangene Signal mit dem gesendeten Träger, um ein niederfrequentes IF-Signal zu erzeugen. Von bewegten Objekten reflektierte Signale ändern ihre Phase gegenüber dem gesendeten Signal langsam und erzeugen so eine Schwebungsfrequenz von einigen Hertz
• In meinem Modul geht das IF-Signal an Pin 14, aber der Chip gibt an Pin 16 eine verstärkte Kopie davon aus

Das Geheimnis hinter der Magie

• Die rechte Seite der Platine ist der BISS001, der als Verstärker, Komparator und Timer arbeitet. Die HF-bezogene Arbeit wird auf der linken Seite der Platine mit einer Handvoll Bauteilen erledigt
• Erstens ist das gesamte System ein Eintransistor-Oszillator, der mit einer Frequenz von 3,18 GHz arbeitet
• Der Oszillator wird mit 20 MHz gepulst und erzeugt dadurch diese Wellenform im Oszillator

Superregenerativer Empfänger

• Während der Oszillator arbeitet, erhöht er die Emitterspannung, indem er den 33-pF-Kondensator verändert, bis der Oszillator nicht mehr arbeiten kann. An diesem Punkt entlädt der 220-Ohm-Widerstand den Kondensator und startet die Oszillation innerhalb weniger Nanosekunden neu
• Dieses Pulsen bewirkt, dass das System als superregenerativer Empfänger arbeitet. Wenn die Verstärkung des Transistors größer als 1 ist, startet der Oszillator nicht sofort. Das Signal im Resonator wird verstärkt, lädt den Kondensator auf und wird weiter verstärkt, bis der Zyklus erneut beginnt

Leistung des Radars

• In Innenräumen funktioniert es mit einer Reichweite von bis zu 5 Metern gut, im Freien ist die Leistung jedoch sehr instabil

S-Band-Sender

• Ich habe ihn in einen Sender umgewandelt, indem ich den Kondensator entfernt habe, der das 20-MHz-Pulsen verursacht. Der Oszillator selbst arbeitet als Mischer und wandelt das empfangene Signal nach unten um

Bistatisches Radar

• Ich habe ein weiteres, unverändertes Modul als Empfänger verwendet, um ein konsistenteres Rücksignal zu erhalten. Allerdings wird der Empfänger durch die HF des Senders gestört, wodurch Rücksignale aus größerer Entfernung schwächer werden
• Es funktioniert gut als Geschwindigkeitssensor, wenn man eine FFT ausführt oder Null-Durchgänge im IF erkennt

Meinung von GN⁺

• Dieser Artikel ist sehr hilfreich, um die Funktionsweise preisgünstiger Mikrowellen-Bewegungssensoren zu verstehen
• Er hat Grenzen, da er in Innenräumen gut funktioniert, im Freien aber eine sehr instabile Leistung zeigt
• Ein anderes Produkt mit ähnlicher Funktion ist der PIR-Sensor (passiver Infrarot-Sensor)
• Bei der Einführung neuer Technologien sollte man die Leistungsunterschiede zwischen Innen- und Außenumgebungen berücksichtigen
• Wer das Prinzip des superregenerativen Empfängers versteht, kann es auch in anderen HF-Anwendungen einsetzen

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• 2,4-GHz-Wi-Fi-CSI-Radar lässt sich mit einem ESP32-Board für $20 umsetzen
  • Espressif behauptet, dass sogar feine Bewegungen wie Atmen oder Kauen erkannt werden können
  • Kompatibel mit allen ESP32-Serien-Mikrocontrollern, ohne dass Hardwareänderungen nötig sind
• 2024er AI/NPU-Laptops können in Kombination mit Wi-Fi 7 über RF-Radar und On-Device-Inferenz menschliche Aktivitäten identifizieren
• Verwandte Materialien:
  • DIY-Radioteleskop: Bau einer Kamera, die WiFi sehen kann (2019)
  • Über den IEEE-802.11bf-Standard sollen Wi-Fi-Geräte bis 2024 in Objektsensoren verwandelt werden (2021)
  • Wie Auto-Radar die Geschwindigkeit eines Objekts misst (2024)
  • Wie Wi-Fi-Sensing nutzbar wurde (2024)
• Erinnert an das Zerlegen des HB100, aber dieses Produkt ist durch das IC leichter zu verstehen
• Ich frage mich, ob das LD2410-Gerät für Menschen sicher ist
  • Ich möchte es zusammen mit ESPHome im Schlafzimmer verwenden
  • Ich habe recherchiert, dass es stromsparend und sicher sei, hätte aber gern weiteres Feedback
• LD2410 (B) ist eine weitere Option und funktioniert über UART
  • Mit etwa $5 ist es teurer, bietet aber mehr Konfigurationsmöglichkeiten
• Die Wiener-Funktion wird auch in analogen Anwendungen genutzt und wurde im Zweiten Weltkrieg geheim eingesetzt
  • Heute wird sie auch in der Kommunikation zwischen Handsets und eNodeB verwendet
• Im Benutzerhandbuch dieses Sensors wird Sicherheitsüberwachung als mögliche Anwendung erwähnt
  • Ich frage mich, ob es eine einfache Möglichkeit gibt, die Erkennung durch mmWave-Radar zu verhindern
• Der MCU rp2040 des Pi Pico ist ebenfalls für $1 zu bekommen
  • Gute Zeiten für günstige Hacks
• USB-C-mmWave-"Radar" lässt sich an die Heimautomatisierung anbinden
  • Der Preis liegt zwischen $11 und $20 und es ist funktionsreich
  • Wer es selbst bauen möchte, kann sich die Projekte von ESPHome ansehen
• Ich habe solche Geräte oft verwendet, und es ist gut zu wissen, wie sie funktionieren
• Auch das LD2410 funktioniert gut (Kabel gleich mitkaufen, es hat nicht standardisierte Pins)