Mehrwert-Dienstleistungen Radarsensoren für Verkehrs- und Beleuchtungs-Applikationen

Wie Radarsensoren verwendet werden

Radarsensoren können zur Messung von Geschwindigkeiten und Abständen von Objekten – relativ zum Sensor – verwendet werden. Die Messung von Geschwindigkeiten mit Radarsensoren ist in der Theorie und auch in der Praxis relativ einfach und wird im sogenannten Doppler-Modus durchgeführt. Auch die Messung von Abständen von Objekten zum Radarsensor ist möglich, jedoch ist die Aufgabe ungleich komplexer und schwieriger als die Messung von Geschwindigkeiten. Die für die Abstandsmessungen verwendeten Betriebsarten der Radarsensoren sind FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) und FSK (Frequency Shift Keying).

Geschwindigkeitsmessung

Beim Doppler-Modus zur Messung von Geschwindigkeiten und Bewegung wird die Sendefrequenz des Radar-Transceiver konstant gehalten; der bei manchen Modulen vorhandene FM-Eingang wird also nicht benötigt. Falls ein FM-Eingang vorhanden ist, kann er offen gelassen oder mit einer konstanten Spannung beaufschlagt werden. Zur Messung ist lediglich das Ausgangsignal „IF output“ zu verstärken und auszuwerten. Die Theorie des Dopplereffektes ergibt für Objekte mit der Geschwindigkeit v ein Ausgangssignal der Frequenz fd; letztere lässt sich gemäß der Formel errechnen.

f subscript d space equals fraction numerator 2 times f subscript T X times space v end subscript over denominator C subscript 0 end fraction space times cos alpha

wobei fTx die Radarfrequenz, co die Lichtgeschwindigkeit, v die Geschwindigkeit und cos α die Winkelkorrektur darstellt; letztere ist vonnöten, wenn die Geschwindigkeit nicht parallel zur Verbindungslinie von Objekt und Radarsensormodul gerichtet ist.

Setzt man die Frequenz für K-Band-Transceiver ein, so erhält man fd = 44 Hz × v, wobei hier v der Zahlenwert der Geschwindigkeit in km/h ist. Eine Person, die sich mit einer Geschwindigkeit von 5 km/h bewegt, erzeugt somit eine Frequenz von 220 Hz. Mit Hilfe eines Mikroprozessors wird die Frequenz des Ausgangssignals gemessen und damit die Geschwindigkeit ermittelt. Es empfiehlt sich, die Verstärkerschaltung (zweistufiger OP) mit einem Hoch- und Tiefpass-Filter auszustatten, um die für die jeweilige Anwendung auftretenden Dopplerfrequenzen herauszufiltern.

Erste Messresultate nach dem Dopplerprinzip sind mit Hilfe des Starter Kit ST-100 (Bild 4) möglich. Auf diesem Board sind Steckkontakte für die Radarmodule, verschiedene Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren für das IF-Ausgangssignal, A/D-Umsetzer und die USB-Schnittstelle untergebracht. Die mitgelieferte PC-Software Signal Viewer stellt das Ausgangssignal anschaulich als Zeitsignal und als Fouriertransformierte im Frequenzraum dar (Bild 5)

Die Software erlaubt die Festlegung eines Frequenzbereichs, innerhalb dessen Frequenz-Peaks automatisch erkannt und in eine Geschwindigkeit umgerechnet werden. Das Kit bietet die Möglichkeit, Signalsequenzen aufzuzeichnen (z.B. Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen), mit anschließender Datenanalyse im Labor.

Genügt für die Anwendung die Feststellung einer Bewegung ohne Geschwindigkeitsmessung (zum Beispiel beim Bewegungsmelder), so wird das verstärkte und gefilterte IF-Ausgangssignal im einfachsten Fall lediglich durch einen Schmitt-Trigger ausgewertet. Je näher das reflektierende Objekt ist, desto größer ist die Amplitude des IF-Signals. Die Empfindlichkeit des Sensors kann durch geeignete Wahl der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers gesteuert werden.

Das Modul RFA-1 (Bild 6) stellt ein einfaches Evaluierungs-Board eines Radar-Bewegungsmelders dar. Empfindlichkeit und Haltezeit lassen sich mittels Potenziometer einstellen, ein Open-Kollektor-Ausgang bildet die Schnittstelle nach außen.