Cảm biến radar là gì: Hoạt động và ứng dụng của nó

Hiện nay, công nghệ bán dẫn đang phát triển nhanh chóng nên mức tiêu thụ điện năng và kích thước của radar đã giảm đi rất nhiều và chức năng của nó ngày càng mạnh mẽ hơn nhờ sử dụng nhiều bộ truyền và thu, công nghệ băng tần siêu rộng, sóng milimet, công nghệ xử lý tín hiệu, IC với tăng khả năng tính toán, v.v.

Radar truyền thống được sử dụng rộng rãi như radar trên tàu, radar cơ sở, trên không, v.v. trong khi cảm biến radar được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta để thu được dự báo thời tiết, khảo sát tài nguyên, kiểm soát giao thông, v.v. Cảm biến radar là một thiết bị chuyển đổi, được sử dụng để thay đổi tín hiệu tiếng vang vi sóng thành tín hiệu điện. Vì vậy, bài viết này thảo luận tổng quan về cảm biến radar và hoạt động của nó.

Cảm biến radar là gì?

Cảm biến được sử dụng để đo khoảng cách, vận tốc và chuyển động của các vật thể trên khoảng cách rộng được gọi là cảm biến radar và cũng đo tốc độ tương đối của vật thể được chú ý. Cảm biến này sử dụng công nghệ phát hiện không dây như FMCW (Sóng liên tục điều chế tần số) để phát hiện chuyển động bằng cách tìm ra hình dạng, vị trí, quỹ đạo chuyển động và đặc điểm chuyển động của vật thể.

So với các loại cảm biến khác, những cảm biến này không bị ảnh hưởng bởi bóng tối và ánh sáng. Những cảm biến này có thể phát hiện khoảng cách xa hơn và đảm bảo an toàn cho người và động vật. Ở đây tần số sóng mang được điều chế liên tục trong một phạm vi băng thông nhỏ. Khi tín hiệu từ một vật thể được phản xạ trở lại, việc xác định khoảng cách và tốc độ của vật thể bằng cách so sánh tần số là khả thi.

Cảm biến này sử dụng tần số sóng mang cực cao để tạo ra chùm tia hình nón rất mỏng và cũng có thể nhận biết ngay cả những vật thể nhỏ mà không bị nhiễu từ các vật thể lân cận ở khoảng cách lớn.

Nguyên lý làm việc của cảm biến radar

Nguyên lý hoạt động của cảm biến radar là tính toán tốc độ và hướng của vật thể bằng cách phát hiện sự thay đổi của sóng tần số được gọi là Hiệu ứng Doppler.

Cảm biến radar bao gồm một ăng-ten phát ra tín hiệu truyền tần số cao (62 GHz). Tín hiệu được truyền này cũng bao gồm tín hiệu được điều chế có tần số thấp hơn (10 MHz). Cảm biến này nhận được tín hiệu sau khi nó được trả về từ một vật thể. Vì vậy, cảm biến này đánh giá sự dịch pha giữa hai tần số. Ở đây, sự khác biệt về thời gian truyền và thời gian nhận sẽ quyết định khoảng cách giữa cảm biến và vật thể.

Sơ đồ khối cảm biến radar

Sơ đồ khối của cảm biến radar ô tô băng rộng và tầm ngắn 24 GHz được hiển thị bên dưới. Sơ đồ khối này bao gồm VCO, PRF (tần số lặp lại xung), LNA (bộ khuếch đại nhiễu thấp), DSP (xử lý tín hiệu số) và hai ăng ten.

VCO

Thuật ngữ VCO là viết tắt của bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp, được sử dụng để tạo ra tín hiệu o/p có tần số thay đổi theo biên độ điện áp đối với tín hiệu đầu vào trên dải tần số hợp lý.

Bộ chia nguồn

Bộ chia công suất hoặc bộ chia công suất được sử dụng để chia một đường RF thành một đường phía trên và phân chia nguồn.

Bộ khuếch đại công suất

Bộ khuếch đại công suất được sử dụng để thay đổi tín hiệu từ công suất thấp sang công suất cao hơn.

SP (Xử lý tín hiệu)

Xử lý tín hiệu tập trung vào việc sửa đổi, tổng hợp và phân tích các tín hiệu như hình ảnh, âm thanh và các phép đo khoa học.

PRF (Tần số lặp lại xung)

Tần số lặp lại xung là số xung của tín hiệu lặp lại trong một đơn vị thời gian cụ thể, thường được đo bằng xung trong mỗi giây.

Bộ trộn

Bộ trộn được sử dụng để tạo ra cả tổng và chênh lệch tần số được áp dụng cho nó. Vì vậy, chênh lệch tần số sẽ thuộc loại IF (Tần số trung gian).

LNA (Bộ khuếch đại tiếng ồn thấp)

Nó được sử dụng để khuếch đại tín hiệu RF yếu và tín hiệu này được nhận bằng cách sử dụng Anten. Đầu ra của bộ khuếch đại này có thể được kết nối với Bộ trộn.

Ăng ten

Hệ thống này bao gồm các kênh truyền và nhận trong đó các kênh truyền chủ yếu được sử dụng để điều khiển các ăng-ten khác nhau và cũng cung cấp khả năng điều khiển chùm tia. Nhiều kênh thu cung cấp dữ liệu góc liên quan đến mục tiêu vì có sự lệch pha giữa các tín hiệu thu được bởi các ăng ten thu khác nhau.

Khái niệm được sử dụng bởi các cảm biến SRR (Rađa tầm ngắn) 24 GHz là radar xung. Cảm biến này bao gồm đường truyền và nhận, mạch điều khiển & DSP (xử lý tín hiệu số).

Có thể phát hiện mục tiêu ở phạm vi ‘R’ bằng cách đo thời gian trôi qua giữa tín hiệu máy phát và tín hiệu thu tương ứng. Quá trình mô phỏng được thực hiện bằng Matlab. Mục đích chính của cảm biến radar này là giảm nguy cơ tiềm ẩn và tai nạn giao thông mà người điều khiển phương tiện phải đối mặt.

Trong hệ thống này, các cảm biến khác nhau được đặt ở những vị trí khác nhau của ô tô để đo chính xác khoảng cách và tốc độ của vật thể ở phía trước, phía sau hoặc bên cạnh.

Mọi cảm biến trong hệ thống này đều truyền tín hiệu để tính toán, nếu có người ở gần khu vực ô tô thì sẽ thông báo cho người lái xe về điều đó. Các tín hiệu này bao phủ khoảng cách tối đa 30 m, nhưng nếu khoảng cách giữa mục tiêu và ô tô nhỏ hơn 2 mét thì ô tô sẽ phát ra âm thanh báo động để cảnh báo cho người lái xe để người lái ô tô có hành động thích hợp để tránh. một sự va chạm.

Các loại cảm biến radar

Có nhiều loại cảm biến radar khác nhau, bao gồm những loại sau.

Cảm biến radar sóng milimet

Cảm biến sử dụng sóng milimet được gọi là cảm biến radar sóng milimet. Nói chung, sóng milimet có miền tần số từ 30 đến 300 GHz. Trong số đó, cảm biến radar 77GHz & 24GHz được sử dụng trên ô tô để tránh va chạm. Bước sóng milimet nằm trong khoảng giữa sóng centimet và sóng ánh sáng. Ưu điểm của sóng milimet là dẫn hướng quang điện và dẫn hướng vi sóng.

Radar sóng milimet có nhiều đặc điểm so với radar sóng centimet là độ phân giải không gian cao, tích hợp đơn giản và kích thước nhỏ. So với các cảm biến quang học như laser, hồng ngoại, camera, cảm biến này có khả năng xuyên khói, bụi, sương mù & chống nhiễu mạnh mẽ. Những cảm biến radar này được sử dụng trong an ninh, điện tử ô tô, giao thông thông minh và máy bay không người lái.

Cảm biến radar Doppler CW

Cảm biến radar CW Doppler hoặc radar Doppler sóng liên tục hoạt động ở tần số 915 MHz. Cảm biến radar này hoạt động với Hiệu ứng Doppler để đo tốc độ của vật thể ở nhiều khoảng cách khác nhau. Cảm biến này truyền tín hiệu vi sóng đến mục tiêu và phân tích sự thay đổi tần số trong tín hiệu phản xạ, sự khác biệt giữa tần số phản xạ và truyền đi, đồng thời đo chính xác tốc độ mục tiêu so với radar.

Cảm biến radar FMCW

Thuật ngữ FMCW là viết tắt của radar sóng liên tục được điều chế tần số. Tần số cảm biến này sẽ thay đổi theo thời gian dựa trên định luật sóng tam giác. Tần số tín hiệu dội lại mà radar thu được tương tự như tần số phát xạ. Cả hai đều là sóng tam giác nhưng có sự khác biệt rất nhỏ về thời gian. Vì vậy, sự khác biệt nhỏ này được sử dụng để tính khoảng cách mục tiêu.

Cảm biến radar Vs Cảm biến siêu âm

Sự khác biệt giữa cảm biến radar và cảm biến siêu âm bao gồm những điều sau.

Giao tiếp cảm biến radar với Arduino

Giao diện của cảm biến radar doppler RCWL0516 với Arduino nano R3 được hiển thị bên dưới. Các thành phần cần thiết được sử dụng trong giao diện này là; Arduino Nano R3 -1, Cảm biến radar Doppler RCWL0516-1, điện trở LED-1 & 220-ohm.

RCWL-0516 về cơ bản là một cảm biến phát hiện chuyển động. Nó có thể nhận biết chuyển động thông qua công nghệ vi sóng doppler với sự trợ giúp của các bức tường hoặc các vật liệu khác. Nó sẽ được kích hoạt không chỉ bởi sự hiện diện của con người mà còn bởi các đối tượng hoạt động khác.

Cảm biến trong dự án này sử dụng công nghệ radar Doppler vi sóng để xác định các vật thể hoạt động. Vì vậy, radar doppler hoạt động bằng cách truyền tín hiệu vi sóng đến một vật thể sau đó theo dõi sự thay đổi trong tần số của tín hiệu phản hồi.

Cảm biến radar doppler pinout RCWL0516 bao gồm các thành phần sau:

• Pin1 (3V3): Đầu ra quy định là 3,3V
• Pin 2 (GND): Là chân nối đất
• Pin 3 (OUT): Đây là chân đầu ra Kích hoạt ở mức cao nếu phát hiện chuyển động.
• Pin4 (VIN): Điện áp nguồn nằm trong khoảng từ 4 đến 28V
• CDS: Tắt cảm biến hoặc đầu vào thấp

Sự khác biệt về tần số của tín hiệu nhận được cũng có thể ước tính vận tốc của mục tiêu đối với cảm biến.

Mô-đun cảm biến radar này sử dụng IC RCWL0516 hỗ trợ kích hoạt lặp lại và vùng phát hiện 360 độ không có điểm mù. Nó có thể xác định chuyển động xuyên qua tường, các vật liệu khác và bao gồm phạm vi nhạy cảm 7 mét.

Kết nối Arduino với RCWL-0516 & LED như trong sơ đồ giao diện ở trên.

Chúng tôi biết rằng cảm biến radar này cung cấp hiệu suất cao khi phát hiện chuyển động. Ở đây, chân CDS được sử dụng để cho phép phát hiện chuyển động. Khi mã đã sẵn sàng, hãy kết nối bo mạch Arduino với hệ thống và tải mã lên. Sau đó, bạn cần mở màn hình nối tiếp ở tốc độ 9600 baud và thực hiện một số chuyển động trước cảm biến radar. Vì vậy, hãy quan sát màn hình LED & nối tiếp.

int Sensor = 12;
int LED = 3;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode (Sensor, INPUT);
pinMode (LED, OUTPUT);
Serial.println(“Waiting for motion”);
}
void loop() {
int val = digitalRead(Sensor); //Read Pin as input
if((val > 0) && (flg==0))
{
digitalWrite(LED, HIGH);
Serial.println(“Motion Detected”);
flg = 1;
}
if(val == 0)
{
digitalWrite(LED, LOW);
Serial.println(“NO Motion”);
flg = 0;
}

Ưu điểm

Những ưu điểm của cảm biến radar bao gồm những điều sau đây.

• Cảm biến radar độc lập với các điều kiện thời tiết khác nhau
• Chịu lạnh và nóng quá mức
• Nó hoạt động trong điều kiện ánh sáng kém
• Nó hoạt động trong bóng tối
• Bảo trì của nó là miễn phí
• Nó cung cấp một loạt các chức năng
• Cảm biến này được sử dụng cho mục đích trong nhà và ngoài trời
• Cảm biến này có nhiều tính năng so với các cảm biến khác

Nhược điểm

Những nhược điểm của cảm biến radar bao gồm những điều sau đây.

• Nó không thể phân biệt và giải quyết nhiều mục tiêu ở cực kỳ gần như mắt chúng ta.
• Nó không thể xác định màu sắc của các đối tượng.
• Nó không thể quan sát các vật thể quá sâu và ở trong nước.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của cảm biến radar bao gồm những điều sau đây.

• Cảm biến radar được sử dụng khi cần phát hiện phương tiện hoặc tránh va chạm khi thiết bị đang di chuyển. Phát hiện phương tiện chủ yếu bao gồm xe tải, xe lửa, ô tô, trạm thu phí, kênh vận chuyển, đường sắt, v.v. Tránh va chạm bao gồm cảng, sản xuất, môi trường nhà máy có tầm nhìn thấp và thiết bị di động trên tàu.
• Quân đội
• Hệ thống an ninh
• Điện tử ô tô
• Radar giao thông thông minh
• radar máy bay không người lái
• Chiếu sáng thông minh
• Điều khiển công nghiệp
• Điều trị y tế
• Các môn thể thao

Những câu hỏi thường gặp về cảm biến radar

Cảm biến radar có tác dụng gì?

Cảm biến radar được sử dụng để phát hiện, theo dõi, định vị và xác định các loại vật thể khác nhau ở khoảng cách đáng kể. Cảm biến này hoạt động bằng cách truyền năng lượng điện từ đến mục tiêu và phát hiện tiếng vang phát ra từ chúng.

5 thành phần chính của radar là gì?

Năm thành phần chính của radar chủ yếu bao gồm ăng-ten, máy phát, máy thu, bộ phối hợp và vòng khóa pha.

Tại sao việc sở hữu máy dò radar là bất hợp pháp?

Ở một số quốc gia, việc sử dụng máy dò radar là bất hợp pháp vì nó có thể bị phạt tiền, tịch thu phương tiện.

Radar có thể phát hiện con người?

Radar không thể phát hiện con người đang đi bộ hoặc đứng yên trên phạm vi của radar nhưng radar có thể phát hiện một cách đơn giản các thành phần chuyển động.

Điều gì gây ra vùng chết cho radar?

Độ cong của trái đất có thể khiến radar không phát hiện được mục tiêu ở phạm vi tối đa, do đó dẫn đến vùng chết cho mỗi hệ thống radar nơi không thể phát hiện được một vật thể. Nhưng trong bầu khí quyển của trái đất, sóng điện từ thường bị khúc xạ hướng xuống hoặc bị bẻ cong.

Điều gì xảy ra nếu bạn bị máy dò radar chặn lại?

Nếu người lái xe bị máy dò radar chặn lại vì chạy quá tốc độ và người ta tìm thấy máy dò radar trong xe thì cảnh sát sẽ đưa ra giấy phạt chạy quá tốc độ.

Những tiến bộ trong cảm biến radar sử dụng công nghệ mmWave mang đến sự linh hoạt và độ chính xác cao cho một số ứng dụng giám sát trong cabin đồng thời mang lại một kiểu dáng nhỏ gọn có thể được lắp đặt một cách đơn giản và khiêm tốn trong xe. Hiện nay, các cảm biến radar tiên tiến được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau là; Cảm biến radar doppler OPS243-A, cảm biến radar mmWave, ARS540, ARS430, ARS410, ARS441, v.v.

Vì vậy, đây là thông tin tổng quan về cảm biến radar và hoạt động của nó với các ứng dụng. Cảm biến này sử dụng công nghệ cảm biến không dây để phát hiện và trích xuất hình dạng, vị trí, chuyển động, v.v. của mục tiêu. So với các loại cảm biến khác, những cảm biến này có nhiều ưu điểm.

Ví dụ, so với cảm biến hình ảnh, cảm biến radar không bị ảnh hưởng bởi bóng tối và ánh sáng. Cảm biến này có thể xuyên qua chướng ngại vật. Tương tự, với công nghệ siêu âm, cảm biến này có thể phát hiện khoảng cách xa hơn mà không gây hại cho động vật và con người. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, phạm vi cảm biến radar là gì?

Nếu bạn cần cảm biến radar chính hãng, uy tín

Lidinco là công ty cung cấp các loại cảm biến radar uy tín nhập khẩu trực tiếp với giá cạnh tranh. Các sản phẩm đều được bảo hành theo chính sách hãng, tư vấn kỹ thuật tận tình.

Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.

Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com

Xem thêm: Cảm biến chênh lệch áp suất: Mạch, Giao diện, Loại, Kiểm tra, Triệu chứng & Công dụng của nó