Qué es un sensor de radar:funcionamiento y sus aplicaciones

En la actualidad, la tecnología de semiconductores se ha desarrollado rápidamente, por lo que el consumo de energía y el tamaño del radar se han reducido en gran medida y su función se está fortaleciendo mediante el uso de múltiples transmisiones y recepciones, tecnología de banda ultra ancha, onda milimétrica, tecnología de procesamiento de señales, circuitos integrados con aumento de las capacidades de computación, etc. El radar tradicional se usa ampliamente como a bordo de barcos, radar base, aerotransportado, etc., mientras que un sensor de radar se usa en nuestra vida diaria para obtener pronósticos meteorológicos, estudios de recursos, control de tráfico, etc. Este sensor es un dispositivo de conversión, utilizado para cambiar las señales de eco de microondas a eléctricas. Por lo tanto, este artículo describe una descripción general de un sensor de radar y su funcionamiento.

¿Qué es el sensor de radar?

El sensor que se utiliza para medir la distancia, la velocidad y los movimientos de objetos por encima de grandes distancias se conoce como sensor de radar y también mide la velocidad relativa del objeto detectado. Este sensor utiliza tecnología de detección inalámbrica como FMCW (onda continua de frecuencia modulada) para detectar el movimiento al determinar la forma, posición, trayectoria de movimiento y características de movimiento del objeto.

En comparación con otros tipos de sensores, estos sensores no se ven afectados por la oscuridad y la luz. Estos sensores pueden detectar distancias más largas y es seguro para personas y animales. Aquí, la frecuencia de la portadora se modula constantemente en un pequeño rango de ancho de banda. Una vez que la señal de un objeto se refleja, entonces es factible determinar la distancia y también la velocidad del objeto comparando la frecuencia.

Este sensor utiliza una frecuencia portadora extremadamente alta para producir un cono de haz muy delgado y también detecta incluso objetos pequeños sin interferencia de objetos adyacentes por encima de grandes distancias.

Principio de funcionamiento del sensor de radar

El principio de funcionamiento de un sensor de radar es calcular la velocidad de un objeto junto con su dirección detectando el cambio en la onda de frecuencia que se conoce como efecto Doppler.

Un sensor de radar incluye una antena que emite una señal transmitida de alta frecuencia (62 GHz). Esta señal transmitida también incluye una señal modulada con una frecuencia más baja (10 MHz). Este sensor recibe la señal una vez que regresa de un objeto. Entonces, este sensor evalúa el cambio de fase entre las dos frecuencias. Aquí, la diferencia entre el tiempo de transmisión y el tiempo de recepción determinará la distancia entre el sensor y un objeto.

Diagrama de bloques del sensor de radar

El diagrama de bloques del sensor de radar automotriz de corto alcance y banda ancha de 24 GHz se muestra a continuación. Este diagrama de bloques incluye un VCO, PRF (frecuencia de repetición de pulsos), LNA (amplificador de bajo ruido), DSP (procesamiento de señales digitales) y dos antenas.

VCO

El término VCO significa oscilador controlado por voltaje que se usa para generar una señal o / p cuya frecuencia cambia con la amplitud del voltaje para una señal de entrada por encima de un rango de frecuencias razonable.

Divisor de energía

Se utiliza un divisor de potencia o un divisor de potencia para dividir una sola línea de RF en una línea superior y dividir la potencia.

Amplificador de potencia

Se utiliza un amplificador de potencia para cambiar una señal de baja potencia a una de mayor potencia.

SP (procesamiento de señales)

El procesamiento de señales se enfoca en modificar, sintetizar y analizar señales como imágenes, sonido y mediciones científicas.

PRF (frecuencia de repetición de pulsos)

La frecuencia de repetición de pulsos es la cantidad de pulsos de una señal repetida dentro de una unidad de tiempo específica, generalmente medida en pulsos por cada segundo.

Mezclador

El mezclador se utiliza para generar la suma y la diferencia de frecuencias que se le aplican. Por tanto, la diferencia de frecuencias será del tipo IF (frecuencia intermedia).

LNA (amplificador de bajo ruido)

Se utiliza para amplificar la señal de RF débil y esta señal se recibe mediante el uso de una antena. La salida de este amplificador se puede conectar al mezclador.

Antenas

Este sistema incluye canales de transmisión y recepción donde los canales de transmisión se utilizan principalmente para impulsar diferentes antenas y también proporcionan capacidades de dirección de haz. Múltiples canales de recepción proporcionan datos angulares con respecto al objetivo porque hay una diferencia de fase entre las señales recibidas por antenas de recepción diferentes.

El concepto utilizado por los sensores SRR (Short Range Radar) de 24 GHz es el radar pulsado. Este sensor incluye la ruta de transmisión y recepción, los circuitos de control y DSP (procesamiento de señal digital).

El objetivo en el rango "R" se puede detectar midiendo el tiempo transcurrido entre una señal de transmisor y una señal recibida correlacionada. El proceso de simulación se realizó utilizando Matlab. El objetivo principal de este sensor de radar es disminuir el peligro potencial y los accidentes de tráfico que enfrenta el conductor del vehículo. En este sistema, diferentes sensores están ubicados en diferentes lugares del automóvil para que la medición exacta de la distancia del objeto y la velocidad de los objetos al frente, detrás o al lado.

Cada sensor en este sistema transmite las señales para calcular, si hay alguien en la región del automóvil, entonces informa al conductor al respecto. Estas señales cubren una distancia de hasta 30 m pero, si la distancia entre el objetivo y el automóvil era inferior a dos metros, el automóvil genera un sonido de alarma para alertar al conductor para que el conductor del automóvil pueda tomar las medidas adecuadas para evitar una colisión.

Tipos de sensores de radar

Hay diferentes tipos de sensores de radar que incluyen lo siguiente.

Sensor de radar de ondas milimétricas

El sensor que utiliza ondas milimétricas se conoce como sensor de radar de ondas milimétricas. Generalmente, las ondas milimétricas tienen un dominio de frecuencia de 30 a 300 GHz. Entre ellos, los sensores de radar de 77 Ghz y 24 Ghz se utilizan en automóviles para evitar colisiones. La longitud de onda de la onda milimétrica varía entre la onda centimétrica y la onda luminosa. Las ventajas de la onda milimétrica son la guía fotoeléctrica y la guía de microondas.

El radar de ondas milimétricas tiene muchas características en comparación con el radar de ondas centimétricas, la resolución espacial es alta, de integración simple y de pequeño tamaño. En comparación con los sensores ópticos como láseres, infrarrojos, cámaras, este sensor tiene una gran capacidad para penetrar humo, polvo, niebla y capacidad antiinterferente. Estos sensores de radar se utilizan en seguridad, electrones automotrices, transporte inteligente y drones.

Sensor de radar Doppler CW

Un sensor de radar CW Doppler o un radar Doppler de onda continua opera a una frecuencia de 915 MHz. Este sensor de radar funciona con el efecto Doppler para medir la velocidad del objeto a varias distancias. Este sensor transmite una señal de microondas a un objetivo y analiza el cambio de frecuencia en la señal reflejada, la diferencia entre las frecuencias reflejada y transmitida, y también mide la velocidad del objetivo con precisión, que es relativa al radar.

Sensor de radar FMCW

El término "FMCW" significa radar de onda continua con modulación de frecuencia. Esta frecuencia del sensor cambiará con el tiempo según la ley de la onda triangular. La frecuencia de la señal de eco que recibe el radar es similar a la frecuencia de emisión. Ambas son ondas triangulares pero hay una pequeña diferencia en el tiempo. Entonces, esta pequeña diferencia se usa para calcular la distancia objetivo.

Sensor de radar versus sensor ultrasónico

La diferencia entre el sensor de radar y el sensor ultrasónico incluye lo siguiente.

Sensor de radar	Sensor ultrasónico
El sensor de radar se usa para cambiar las señales de eco de microondas a eléctricas.	Se usa un sensor ultrasónico para medir la distancia a un objeto con ondas sonoras ultrasónicas.
Estos sensores funcionan con ondas electromagnéticas.	Estos sensores funcionan produciendo ondas sonoras.
Similar al ultrasonido, las ondas de este sensor reflejarán el objetivo y viajarán a una velocidad conocida muy rápido.	Las ondas sonoras viajan a la velocidad del sonido hasta el objetivo, donde reflejan el objetivo y regresan al sensor.
Las ondas electromagnéticas de este sensor responderán de manera diferente a materiales particulares porque se reflejan en el exterior.	Las ondas sonoras de este sensor no responderán a materiales particulares.
Estos sensores se ven afectados por diferentes variables	Estos sensores se ven afectados por la temperatura.
Estos sensores se utilizan en petróleo y gas, pulpa y papel, clarificadores, sólidos granulares, bolitas de plástico, productos farmacéuticos, etc.	Estos sensores se utilizan para medir el flujo de líquido, nivel de sólidos, flujo de canal abierto, perfilado de objetos y detección de presencia.

Interfaz del sensor de radar con Arduino

La interfaz del sensor de radar doppler RCWL0516 con Arduino nano R3 se muestra a continuación. Los componentes requeridos utilizados en esta interfaz son; Arduino Nano R3 -1, RCWL0516 Sensor de radar Doppler 1, LED-1 y resistencia de 220 ohmios.

El RCWL-0516 es básicamente un sensor de detección de movimiento. Puede reconocer el movimiento a través de la tecnología de microondas Doppler con la ayuda de paredes u otros materiales. Se activará no solo por la presencia de personas sino también por otros objetos activos.

El sensor de este proyecto utiliza tecnología de radar Doppler de microondas para identificar objetos activos. Entonces, el radar Doppler funciona transmitiendo una señal de microondas a un objeto y luego monitorea el cambio dentro de la frecuencia de la señal devuelta

El sensor de radar Doppler RCWL0516 con pines incluye lo siguiente

• Pin1 (3V3):la salida regulada es 3.3V
• Pin2 (GND):es un pin de tierra
• Pin3 (OUT):este es un pin de salida que se dispara alto si se detecta movimiento.
• Pin4 (VIN):el voltaje de suministro varía de 4 a 28 V
• CDS:sensor desactivado o entrada baja

La diferencia dentro de la frecuencia de la señal recibida también puede estimar la velocidad de un objetivo con respecto al sensor.

Este módulo de sensor de radar utiliza un IC RCWL0516 que ayuda a repetir los disparos y una región de detección de 360 ​​grados sin un punto ciego. Puede identificar movimiento a través de paredes, otros materiales e incluye un rango de susceptibilidad de 7 metros.

Conecte el Arduino al RCWL-0516 y al LED como se muestra en el diagrama de interfaz anterior.

Sabemos que este sensor de radar proporciona un alto rendimiento una vez que se detecta movimiento. Aquí, se usa un pin CDS para permitir la detección de movimiento. Una vez que el código esté listo, conecte la placa Arduino al sistema y cargue el código. Después de eso, debe abrir el monitor en serie a una velocidad de 9600 baudios y hacer algunos movimientos antes del sensor de radar. Por lo tanto, observe el LED y el monitor en serie.

int Sensor =12;
int LED =3;
void setup () {
Serial.begin (9600);
pinMode (Sensor, INPUT);
pinMode (LED, SALIDA);
Serial.println ("Esperando movimiento");
}
void loop () {
int val =digitalRead (Sensor); // Leer Pin como entrada
if ((val> 0) &&(flg ==0))
{
digitalWrite (LED, HIGH);
Serial.println (“ Movimiento detectado ”);
flg =1;
}
if (val ==0)
{
digitalWrite (LED, LOW);
Serial .println ("SIN movimiento");
flg =0;
}

Ventajas

Las ventajas de los sensores de radar incluir lo siguiente.

• El sensor de radar es independiente de las diferentes condiciones meteorológicas
• Soporta frío y calor excesivos
• Funciona en malas condiciones de iluminación
• Funciona en la oscuridad
• Su mantenimiento es gratuito
• Proporciona una gran variedad de funciones
• Este sensor se utiliza para interiores y exteriores
• Este sensor tiene muchas características en comparación con otros sensores

Desventajas

Las desventajas de los sensores de radar incluir lo siguiente.

• No puede diferenciar y resolver numerosos objetivos que están extremadamente cerca como nuestro ojo.
• No puede identificar el color de los objetos.
• No puede observar objetos demasiado profundos y en el agua.

Aplicaciones

Las aplicaciones de los sensores de radar incluyen las siguientes.

• Los sensores de radar se utilizan cuando se requiere la detección de vehículos o para evitar una colisión cuando el equipo está en movimiento. La detección de vehículos incluye principalmente camiones, trenes, automóviles, cabinas de peaje, canales de envío, ferrocarriles, etc. La prevención de colisiones incluye puertos, fabricación, entornos de fábrica de baja visibilidad y equipos móviles a bordo.
• Militar
• Sistema de seguridad
• Electrones automotrices
• Radar de tráfico inteligente
• Radar UAV
• Iluminación inteligente
• Control industrial
• Tratamiento médico
• Deportes

¿Qué hace un sensor de radar?

El sensor de radar se utiliza para detectar, rastrear, localizar e identificar varios tipos de objetos a distancias significativas. Este sensor funciona transmitiendo energía electromagnética a los objetivos y detecta los ecos que regresan de ellos.

¿Cuáles son los 5 componentes principales del radar?

Los cinco componentes principales del radar incluyen principalmente una antena, un transmisor, un receptor, un diplexor y un bucle de bloqueo de fase.

¿Por qué es ilegal tener un detector de radar?

En ciertos países, el uso de un detector de radar es ilegal, porque puede resultar en multas, incautación del vehículo.

¿Puede el radar detectar humanos?

El radar no puede detectar a los humanos que están caminando o estacionados en el campo del radar, pero el radar simplemente puede detectar los componentes del movimiento.

¿Qué causa una zona muerta para el radar?

La curvatura de la tierra puede evitar que el radar detecte un objetivo en el rango máximo, por lo que da como resultado una zona muerta para cada sistema de radar donde no se puede detectar un objeto. Pero en la atmósfera de la tierra, las ondas electromagnéticas generalmente se refractan hacia abajo o se desvían.

¿Qué sucede si te detienen con un detector de radar?

Si los conductores son detenidos con un detector de radar por exceso de velocidad y encuentran un detector de radar en el vehículo, la policía emitirá una multa por exceso de velocidad.

Los avances en el sensor de radar que utilizan la tecnología mmWave brindan flexibilidad y alta precisión para varias aplicaciones de monitoreo en la cabina, al tiempo que brindan un factor de forma diminuto que se puede incluir de manera simple y modesta dentro de un vehículo. En la actualidad, los sensores de radar avanzados utilizados en diferentes aplicaciones son; Sensor de radar Doppler OPS243-A, sensor de radar mmWave, ARS540, ARS430, ARS410, ARS441, etc.

Por lo tanto, se trata de una descripción general de un sensor de radar y su funcionamiento con aplicaciones. Este sensor utiliza tecnología de detección inalámbrica para descubrir y extraer la forma, posición, movimiento, etc. del objetivo. En comparación con otros tipos de sensores, estos sensores tienen muchas ventajas. Por ejemplo, en comparación con el sensor visual, el sensor de radar no se ve afectado por la oscuridad y la luz. Este sensor puede atravesar obstáculos. Del mismo modo, con la tecnología de ultrasonidos, este sensor puede detectar distancias más largas sin dañar a los animales ni a las personas. Aquí tienes una pregunta:¿cuál es el alcance del sensor de radar?