Bên trong cảm biến chuyển động radar 1 USD

Bên trong cảm biến chuyển động radar 1 USD

• Gần đây đã mua cảm biến chuyển động vi sóng RCWL-0516. Tò mò không hiểu Trung Quốc đã làm radar với giá dưới 1 USD bằng cách nào
• Việc làm cho cảm biến hoạt động rất dễ. Kết nối chân VIN với 5 volt, nối GND xuống mass, rồi thêm một tụ decoupling 1uF vào chân 3V3. Nếu ai đó di chuyển trong phạm vi khoảng 5 mét, chân OUT sẽ lên 3 volt trong 3 giây

Cảm biến hoạt động như thế nào

• Đã tìm được datasheet của con chip SOIC-16 lớn. BISS0001 là chip cảm biến chuyển động hồng ngoại
• Thông thường, radar phát hiện chuyển động và tốc độ (Doppler) sẽ phát một sóng mang liên tục rồi trộn tín hiệu thu được với sóng mang đã phát để tạo ra tín hiệu IF tần số thấp. Tín hiệu phản xạ từ vật thể đang chuyển động sẽ thay đổi pha chậm so với tín hiệu phát, tạo ra tần số beat vài hertz
• Trên mô-đun này, tín hiệu IF đi vào chân 14, nhưng con chip xuất ra một bản sao đã khuếch đại ở chân 16

Bí mật phía sau phép màu

• Phía bên phải của bo mạch là BISS001, hoạt động như bộ khuếch đại, bộ so sánh và bộ định thời. Phần việc liên quan đến RF được thực hiện ở phía bên trái bo mạch chỉ với một số ít linh kiện
• Trước hết, toàn bộ hệ thống là một bộ dao động transistor đơn hoạt động ở tần số 3.18 GHz
• Bộ dao động được tạo xung ở 20 MHz, tạo ra dạng sóng này từ bộ dao động

Bộ thu siêu tái sinh

• Khi bộ dao động hoạt động, nó làm thay đổi điện áp trên tụ điện 33 pF để nâng điện áp emitter lên cho đến khi bộ dao động không thể tiếp tục hoạt động nữa. Tại thời điểm đó, điện trở 220 ohm xả tụ điện và khởi động lại dao động chỉ trong vài nano giây
• Việc tạo xung này khiến nó hoạt động như một bộ thu siêu tái sinh. Khi độ lợi của transistor vượt quá 1, bộ dao động không khởi động ngay lập tức. Tín hiệu trong bộ cộng hưởng được khuếch đại, tiếp tục khuếch đại cho đến khi nạp đầy tụ điện và chu kỳ bắt đầu lại

Hiệu năng của radar

• Trong nhà, nó hoạt động tốt với tầm xa tối đa 5 mét, nhưng ngoài trời thì hiệu năng rất thất thường

Bộ phát băng S

• Đã biến nó thành bộ phát bằng cách tháo tụ điện gây ra xung 20 MHz. Bản thân bộ dao động hoạt động như một mixer để hạ tần tín hiệu thu được

Radar song tĩnh

• Dùng một mô-đun khác chưa chỉnh sửa làm bộ thu để có tín hiệu phản xạ ổn định hơn. Tuy nhiên, bộ thu bị nhiễu bởi RF từ bộ phát nên tín hiệu phản xạ từ khoảng cách xa bị yếu đi
• Nó hoạt động tốt như một cảm biến tốc độ nếu chạy FFT hoặc phát hiện zero-crossing ở IF

Ý kiến của GN⁺

• Bài viết này rất hữu ích để hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến chuyển động vi sóng giá rẻ
• Nó hoạt động tốt trong nhà nhưng có hạn chế là hiệu năng ngoài trời không ổn định
• Một sản phẩm khác có chức năng tương tự là cảm biến PIR (hồng ngoại thụ động)
• Khi áp dụng công nghệ mới, cần cân nhắc sự khác biệt về hiệu năng giữa môi trường trong nhà và ngoài trời
• Nếu hiểu nguyên lý của bộ thu siêu tái sinh thì có thể ứng dụng sang các lĩnh vực RF khác

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Radar CSI Wi‑Fi 2.4Ghz có thể được triển khai bằng bo mạch ESP32 giá $20
  • Espressif tuyên bố có thể phát hiện cả những chuyển động rất nhỏ như nhịp thở hoặc động tác nhai
  • Tương thích với mọi vi điều khiển dòng ESP32 và không cần thay đổi phần cứng
• Laptop AI/NPU năm 2024 có thể kết hợp với Wi‑Fi 7 để nhận diện hoạt động của con người thông qua radar RF và suy luận on-device
• Tài liệu liên quan:
  • DIY Radio Telescope: chế tạo camera có thể nhìn thấy Wi‑Fi (2019)
  • Thiết bị Wi‑Fi dự kiến sẽ được chuyển thành cảm biến vật thể vào năm 2024 thông qua tiêu chuẩn IEEE 802.11bf (2021)
  • Radar ô tô đo tốc độ của vật thể như thế nào (2024)
  • Cách công nghệ cảm nhận Wi‑Fi trở nên khả dụng (2024)
• Gợi nhớ đến việc mổ xẻ HB100, nhưng sản phẩm này có IC nên dễ hiểu hơn
• Tôi thắc mắc liệu thiết bị LD2410 có an toàn với con người hay không
  • Tôi định dùng nó trong phòng ngủ cùng với ESPHome
  • Tôi đã tìm hiểu rằng nó tiêu thụ điện năng thấp và an toàn, nhưng muốn có thêm phản hồi
• LD2410 (B) là một lựa chọn khác và hoạt động qua UART
  • Đắt hơn khoảng $5 nhưng cung cấp nhiều tùy chọn cấu hình hơn
• Hàm Wiener cũng được dùng trong các ứng dụng analog và đã được sử dụng bí mật trong Thế chiến II
  • Hiện nay nó cũng được dùng trong liên lạc giữa handset và eNodeB
• Trong hướng dẫn sử dụng của cảm biến này có nhắc đến giám sát an ninh như một ứng dụng khả thi
  • Tôi tự hỏi liệu có cách đơn giản nào để tránh bị radar sóng mm phát hiện hay không
• MCU rp2040 của Pi Pico cũng có thể mua với giá $1
  • Đây là thời điểm tốt cho các trò hack giá rẻ
• "Radar" sóng mm USB C có thể kết nối với hệ thống tự động hóa nhà
  • Giá từ $11 đến $20 và có nhiều tính năng
  • Nếu muốn tự làm, bạn có thể tham khảo dự án của ESPHome
• Tôi đã dùng các thiết bị này khá thường xuyên, thật tốt khi biết cách chúng hoạt động
• LD2410 cũng hoạt động tốt (hãy mua luôn cả cáp, vì chân cắm không theo chuẩn)