Por dentro de um sensor de movimento por radar de US$ 1
- Recentemente comprei um sensor de movimento por micro-ondas RCWL-0516. Fiquei curioso sobre como a China conseguiu fazer um radar por menos de 1 dólar
- Fazer o sensor funcionar foi muito fácil. Conectei o pino VIN a 5 volts, o GND ao terra e adicionei um capacitor de desacoplamento de 1uF ao pino 3V3. Quando alguém se move a cerca de 5 metros ou menos, o pino OUT sobe para 3 volts por 3 segundos
Como o sensor funciona
- Encontrei o datasheet do grande chip SOIC-16. O BISS0001 é um chip para sensor de movimento infravermelho
- Em geral, radares de detecção de movimento e velocidade (Doppler) transmitem uma portadora contínua e misturam o sinal recebido com a portadora transmitida para gerar um sinal IF de baixa frequência. O sinal refletido por um objeto em movimento muda lentamente de fase em relação ao sinal transmitido, gerando uma frequência de batimento de alguns hertz
- No meu módulo, o sinal IF entra pelo pino 14, mas o chip fornece uma cópia amplificada no pino 16
O segredo da mágica
- O lado direito da placa é o BISS001, que atua como amplificador, comparador e temporizador. O trabalho relacionado a RF é feito no lado esquerdo da placa com um pequeno número de componentes
- Primeiro, todo o sistema é um oscilador de transistor único operando na frequência de 3,18 GHz
- O oscilador é pulsado a 20 MHz, gerando essa forma de onda no oscilador
Receptor super-regenerativo
- Enquanto o oscilador opera, ele eleva a tensão do emissor alterando o capacitor de 33 pF, até o ponto em que o oscilador não consegue mais funcionar. Nesse momento, o resistor de 220 ohms descarrega o capacitor e reinicia a oscilação em poucos nanossegundos
- Esse pulsar faz com que ele opere como um receptor super-regenerativo. Quando o ganho do transistor excede 1, o oscilador não entra em funcionamento imediatamente. O sinal no ressonador é amplificado, continua sendo amplificado enquanto carrega o capacitor e segue assim até reiniciar o ciclo
Desempenho do radar
- Em ambientes internos, funciona bem com alcance de até 5 metros, mas em ambientes externos o desempenho é muito instável
Transmissor de banda S
- Transformei-o em transmissor removendo o capacitor que causa a pulsação de 20 MHz. O próprio oscilador atua como misturador para fazer o downconversion do sinal recebido
Radar biestático
- Usei outro módulo não modificado como receptor para obter um sinal de retorno mais consistente. No entanto, o receptor sofre interferência do RF vindo do transmissor, então os sinais de retorno de longa distância ficam fracos
- Ele funciona bem como sensor de velocidade ao executar FFT ou detectar zero crossing no IF
Opinião do GN⁺
- Este artigo é muito útil para entender o princípio de funcionamento de sensores de movimento por micro-ondas de baixo custo
- Há limitações, como o fato de funcionar bem em ambientes internos, mas ter desempenho instável em ambientes externos
- Outro produto com função semelhante é o sensor PIR (infravermelho passivo)
- Ao adotar uma nova tecnologia, é preciso considerar a diferença de desempenho entre ambientes internos e externos
- Entender o princípio do receptor super-regenerativo também pode ser útil em outras aplicações de RF
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