I sensori di movimento sono progettati per soddisfare una serie di requisiti per un’ampia varietà di applicazioni, in particolare per segnalare l’apertura di porte, il controllo macchine nelle sale sanitarie e in varie applicazioni dove l’allarme e la sicurezza ne fanno da padrone. Oggi presentiamo un modulo sensore Radar con oscillatore integrato PHEMT ottimizzato per un minimo consumo di corrente dell’ordine dei 30 mA e con dimensioni molto compatte di 25 mm x 25 mm x 13 mm. Il sistema prevede una antenna trasmettitrice e ricevitrice separata per massimizzare la sensibilità.
Introduzione
Il modulo sensore Radar del quale vi parleremo in questo articolo garantisce ottimi livelli di sensibilità per una perfetta applicazione nelle unità di controllo per la sicurezza. Le dimensioni compatte permettono di nascondere il modulo e l’oscillatore PHEMT garantisce ottimi livelli di consumo. La tecnologia PHEMT offre una bassa figura di rumore combinata con la capacità di operare a frequenze altissime nelle microonde dell’ordine dei 24 GHz. Queste onde sono utilizzate in veicoli spaziali, satelliti di comunicazione e altri campi come le comunicazioni telefoniche. La tecnologia PHEMT trova applicazione anche nel settore digitale IC e analogico high speed.
Il modulo HF (K-band) opera con una tensione di alimentazione di 5 V e con un drift di temperatura dell’ordine di -1 MHz/°C. Le caratteristiche tecniche complete sono riportate in tabella 1.
| Parametro | Valore |
| Tensione operativa | 4.75 - 5.25 V |
| Corrente assorbita | 30 - 40 mA |
| Temperatura di lavoro | -20 °C - +60 °C |
| Frequenze | Standard: 24.000 - 24.250 GHz
UK: 24.150 - 24.250 GHz F: 24.075 - 24.175 GHz |
| Power output (EIRP) | 16 dBm |
| Drift di temperatura | -1 MHz/°C |
| Caratteristiche dell'antenna
(diagramma di radiazione) |
Horizontal 80° (azimuth)
Vertical 32° (elevation) |
| Soppressione lobo laterale | Horizontal 13 dB (azimuth)
Vertical 13 dB (elevation) |
| Tensione output IF | -300 - +300 mV (DC offset) |
| Dimensioni | 25 mm x 25 mm x 12,7 mm |
Tabella 1: Caratteristiche elettriche del Modulo sensore radar universale B+B Thermo-Technik RSM-1650
La direttività del sensore è 80° orizzontale (azimuth) e 32° verticale (elevation) come indicato in figura 1. La potenza isotropa equivalente irradiata dall’antenna (EIRP), ovvero la potenza che un'antenna teorica isotropica emetterebbe per produrre la densità di potenza di picco osservata nella direzione di massimo guadagno dell'antenna, è di 16 dbm. Il parametro EIRP tiene conto delle perdite di linea di trasmissione e di connettori vari, permette di fare confronti tra i diversi emettitori indipendentemente dal tipo, dimensione o forma.
Figura 1: Diagramma di radiazione
Funzionamento
Diversamente dalle unità di allarme ad infrarossi, che registrano solo una differenza di temperatura rispetto ad una di background, il modulo radar permette di ricevere tutti i movimenti in accordo alla direttività del sensore. Con questa tecnica, la sensibilità al movimento è estremamente elevata, anche minimi movimenti, per cui i moduli sono anche molto ben adatti per i sistemi di allarme. I sensori infrarossi passivi sono sensibili alla temperatura della pelle di una persona attraverso la radiazione di corpo nero emessa a lunghezze d'onda nell’infrarosso, in contrasto con gli oggetti di sfondo a temperatura ambiente. Il modulo sensore radar universale B+B Thermo-Technik RSM-1650 (Figura 2) fornisce un segnale non amplificato dell'ordine dei 300 μV e quindi necessita di pre-amplificatori low-noise per adattare il segnale a progetti personalizzati dotati di comparatori o microcontrollori vari.
Figura 2: Pin del modulo sensore radar
Il funzionamento del modulo si basa sul principio del radar Doppler. In generale, l'effetto Doppler è un cambiamento della frequenza di una sorgente di segnale percepita da un ricevitore, dovuto al movimento relativo della sorgente e / o del ricevitore. Pertanto, un’onda continua di radiazione a microonde viene emessa e, a causa del movimento di un oggetto verso (o dal) il ricevitore, vengono misurati sfasamenti delle microonde riflesse in un segnale a frequenze audio basse. La quantità di spostamento di frequenza è direttamente proporzionale alla velocità relativa del bersaglio al trasmettitore del radar. I Moduli Doppler hanno un oscillatore interno per produrre la frequenza del segnale trasmesso come sorgente, nel caso del sensore analizzato è integrato un oscillatore PHEMT. La caratteristica principale è rappresentata dalla frequenza del segnale originario proporzionale alla velocità: 44 Hz corrisponde ad una velocità di movimento di circa 1 km / h. L'ampiezza del segnale è un risultato della dimensione dell'oggetto, il materiale e la sua distanza dal sensore. Il layout circuitale garantisce la conformità ai requisiti della norma europea ETSI: un organismo internazionale per la definizione e l’emissione di standard nel settore delle telecomunicazioni operante nel territorio europeo. A differenza dei sensori PIR che sono molto sensibili in linea retta, il sensore radar ad effetto doppler presenta una alta sensibilità, in particolare sono più sensibili a movimenti circolari e possono essere combinati con i sensori PIR per sistemi con una maggior efficienza.
Applicazioni
I rilevatori di movimento a microonde hanno una vasta gamma di applicazioni. Elenchiamone alcune:
- Sistemi di sicurezza per porte di emergenza.
- Rilevare la frequenza cardiaca e respiratoria di un essere umano.
- Visualizzare le informazioni riguardanti il parcheggio di un auto.
- Monitorare il sistema di illuminazione di una casa o un edificio, ma anche per monitorare il traffico nei sistemi stradali.
I rilevatori di movimento trovano largo impiego in applicazioni domestiche e commerciali. Una comune applicazione è l'attivazione di automazioni nelle aziende e negli edifici pubblici. I sensori di movimento sono anche ampiamente utilizzati in sostituzione di un sensore di presenza per attivare le luci di strada o luci interne in passerelle (quali gli ingressi e scale). In tali sistemi di illuminazione "intelligenti", l'energia è conservata in quanto l’accensione viene attivata in presenza di movimento e per tutta la durata di un timer opportunamente regolato. Un rilevatore di movimento può essere tra i sensori di un antifurto che viene utilizzato per avvisare il proprietario di casa o servizio di sicurezza quando rileva il movimento di un possibile intruso. Tale rivelatore può anche innescare una telecamera di sicurezza al fine di registrare la possibile intrusione. A differenza di altri rivelatori, quelli di movimento microonde possono essere utilizzati in ambienti ostili dove i cicli di calore non sono regolari.
Il Modulo sensore radar universale B+B Thermo-Technik RSM-1650 è disponibile a catalogo CONRAD con spedizione in 24 H.
Credo che un aspetto da tener conto durante l’installazione è la frequenza delle microonde nel caso di sensori radar che rappresentano la migliore tecnologia nel campo dei sensori di movimento. Le microonde hanno la possibilità di attraversare muri quindi entro certi limiti potremmo anche “sondare” movimenti in una stanza vicina. E’ chiaro che la dual tech (PIR + Radar) aumenta notevolmente l’efficienza del sistema oltre ad essere più costoso.