1ドルのレーダーモーションセンサーの内部
- 最近、RCWL-0516マイクロ波モーションセンサーを購入した。中国がどうやって1ドル以下でレーダーを作ったのか気になっていた
- センサーを動かすのはとても簡単だった。VINピンを5ボルトに接続し、GNDをグラウンドに接続したあと、3V3ピンに1uFのデカップリングコンデンサを追加した。誰かが約5メートル以内で動くと、OUTピンが3ボルトに3秒間上昇する
センサーの動作原理
- 大きなSOIC-16チップのデータシートを見つけた。BISS0001は赤外線モーションセンサー用チップだった
- 一般に、モーションおよび速度検出（ドップラー）レーダーは連続キャリアを送信し、受信信号を送信キャリアとミキシングして低周波のIF信号を生成する。移動物体から反射された信号は送信信号に対して位相がゆっくり変化し、数ヘルツのビート周波数を生み出す
- このモジュールではIF信号がピン14に入るが、チップはピン16で増幅されたコピーを出力する
魔法の秘密
- 基板の右側は、増幅器、コンパレータ、タイマーとして動作するBISS001だ。RF関連の処理は、基板の左側で少数の部品によって行われている
- まず、システム全体は3.18 GHzで動作する単一トランジスタ発振器である
- 発振器は20 MHzでパルス化され、発振器内でこの波形を生成する
超再生受信機
- 発振器が動作すると、33 pFコンデンサを変化させることでエミッタ電圧を上昇させ、発振器がそれ以上動作できなくなるまで追い込む。この時点で220オームの抵抗がコンデンサを放電し、数ナノ秒で発振を再開させる
- このパルス動作によって超再生受信機として機能する。トランジスタの利得が1を超える場合でも、発振器は即座には起動しない。共振器内の信号が増幅され、コンデンサを充電し、サイクルを再開するまで増幅が続く
レーダーの性能
- 屋内では最大5メートルの範囲で良好に動作するが、屋外では性能が非常に不安定である
Sバンド送信機
- 20 MHzのパルスを発生させるコンデンサを取り外して送信機に変換した。発振器自体がミキサーとして動作し、受信信号をダウンコンバートする
バイスタティックレーダー
- 別の未改造モジュールを受信機として使い、より一貫した返送信号を得た。しかし、受信機は送信機から出るRFに妨害されるため、遠距離からの返送信号は弱くなる
- FFTを実行したり、IFでゼロクロスを検出したりすることで、速度センサーとしてうまく機能する
GN⁺の意見
- この記事は、低価格なマイクロ波モーションセンサーの動作原理を理解するうえで非常に役立つ
- 屋内ではよく動作する一方、屋外では性能が不安定であるという制約がある
- 類似の機能を持つ別製品として、PIR（受動赤外線）センサーがある
- 新しい技術を採用する際には、屋内外での性能差を考慮する必要がある
- 超再生受信機の原理を理解すれば、ほかのRF用途にも応用できる
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