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 reforzando mediante el uso de transmisiones y recepciones múltiples, la tecnología de banda ultraancha, la onda milimétrica, la tecnología de procesamiento de señales, los circuitos integrados con capacidades informáticas cada vez mayores, etc. El radar tradicional se utiliza ampliamente como radar de barco, radar de base, aerotransportado, etc., mientras que el sensor de radar se utiliza en nuestra vida diaria para obtener previsiones meteorológicas, estudios de recursos, control del tráfico, etc. Este sensor es un dispositivo de conversión, utilizado para cambiar las señales de eco de microondas a eléctricas. Por tanto, este artículo trata de una visión general de un sensor de radar y de su funcionamiento.

¿Qué es un sensor de radar?

El sensor que se utiliza para medir la distancia, la velocidad y los movimientos de los objetos a grandes distancias se conoce como sensor de radar y también mide la velocidad relativa del objeto detectado. Este sensor utiliza una tecnología de detección inalámbrica como la FMCW (onda continua de frecuencia modulada) para detectar el movimiento averiguando la forma, la posición, la trayectoria y las 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 son seguros para las personas y los animales. Aquí la frecuencia portadora se modula constantemente en un pequeño rango de ancho de banda. Una vez que la señal de un objeto se refleja, es posible determinar la distancia y la velocidad del objeto comparando la frecuencia.

Este sensor utiliza una frecuencia portadora extremadamente alta para producir un cono de haz muy fino y también percibe incluso los objetos pequeños sin que se produzcan interferencias de los objetos adyacentes por encima de las grandes distancias.

Principio de funcionamiento del sensor de radar

El principio de funcionamiento de un sensor de radar consiste en calcular la velocidad de un objeto junto con su dirección detectando el cambio de la onda de frecuencia, lo 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 se devuelve desde un objeto. Así que este sensor evalúa el desfase 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

A continuación se muestra el diagrama de bloques del sensor de radar para automóviles de banda ancha y corto alcance de 24 GHz. Este diagrama de bloques incluye un VCO, una PRF (frecuencia de repetición de impulsos), un LNA (amplificador de bajo ruido), un DSP (procesamiento digital de señales) y dos antenas.

VCO

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

Divisor de potencia

Un divisor de potencia o divisor de potencia se utiliza para dividir una sola línea de RF en más de una línea y dividir la potencia.

Amplificador de potencia

Un amplificador de potencia se utiliza para cambiar una señal de baja potencia a una potencia mayor.

SP (Procesamiento de señales)

El procesamiento de señales se centra en la modificación, la síntesis y el análisis de señales como imágenes, sonido y mediciones científicas.

PRF (frecuencia de repetición de impulsos)

La frecuencia de repetición de impulsos es el número de impulsos de una señal repetitiva en una unidad de tiempo determinada, que suele medirse en impulsos por cada segundo.

Mezclador

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

LNA (Amplificador de bajo ruido)

Se utiliza para amplificar la señal débil de RF y esta señal se recibe utilizando una antena. La salida de este amplificador puede conectarse al mezclador.

Antenas

Este sistema incluye canales de transmisión y recepción, en los que los canales de transmisión se utilizan principalmente para controlar diferentes antenas y también proporcionan capacidades de dirección del haz. Los canales de recepción múltiples proporcionan los datos angulares relativos al objetivo, ya que existe una diferencia de fase entre las señales recibidas por las distintas antenas de recepción.

El concepto utilizado por los sensores SRR (radar de corto alcance) de 24 GHz es el de radar pulsado. Este sensor incluye la vía de transmisión y recepción, los circuitos de control y DSP (procesamiento digital de señales).

El objetivo en el rango "R" puede detectarse midiendo el tiempo transcurrido entre una señal de transmisión y una señal recibida correlacionada. El proceso de simulación se ha realizado con Matlab. El objetivo principal de este sensor de radar es reducir el peligro potencial y los accidentes de tráfico a los que se enfrenta el conductor del vehículo. En este sistema, se colocan diferentes sensores en distintos lugares del coche para medir con exactitud la distancia y la velocidad de los objetos que están delante, detrás o al lado.

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

Tipos de sensores de radar

Existen diferentes tipos de sensores de radar que incluyen los siguientes.

Sensor de radar de ondas milimétricas

El sensor que utiliza ondas milimétricas se conoce como sensor de radar de ondas milimétricas. En general, las ondas milimétricas tienen un dominio de frecuencia de 30 a 300 GHz. Entre ellos, los sensores de radar de 77Ghz y 24Ghz se utilizan en los automóviles para evitar colisiones. La longitud de onda de las ondas milimétricas se sitúa entre las ondas centimétricas y las ondas luminosas. Las ventajas de las ondas milimétricas son el guiado fotoeléctrico y el guiado por microondas.

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

Sensor de radar Doppler CW

Un sensor de radar Doppler CW o radar Doppler de onda continua funciona 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 reflejadas y transmitidas, y también mide con precisión la velocidad del objetivo que es relativa al radar.

Sensor de radar FMCW

El término "FMCW" significa radar de onda continua de frecuencia modulada. La frecuencia de este sensor cambia 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. Así que esta pequeña diferencia se utiliza para calcular la distancia del objetivo.

Sensor de radar frente a sensor de ultrasonidos

La diferencia entre el sensor de radar y el sensor de ultrasonidos es la siguiente

Interfaz del sensor de radar con Arduino

A continuación se muestra la interconexión del sensor de radar doppler RCWL0516 con el Arduino nano R3. Los componentes necesarios utilizados en esta interconexión son: Arduino Nano R3 -1, sensor de radar doppler RCWL0516-1, LED-1 y resistencia de 220 ohmios.

El RCWL-0516 es básicamente un sensor de detección de movimiento. Puede reconocer el movimiento mediante la tecnología de microondas doppler con la ayuda de las paredes u otros materiales. Se activará no sólo por la presencia de personas, sino también por otros objetos activos.

El sensor de este proyecto utiliza la tecnología de radar Doppler de microondas para identificar objetos activos. Así, el radar doppler funciona transmitiendo una señal de microondas a un objeto, tras lo cual monitoriza el cambio en la frecuencia de la señal devuelta

El pinout del sensor de radar doppler RCWL0516 incluye lo siguiente

• Pin1 (3V3): La salida regulada es de 3,3V
• Pin2 (GND): Es un pin de tierra
• Pin3 (OUT): Es un pin de salida que se dispara en alto si se detecta movimiento.
• Pin4 (VIN): La tensión de alimentación oscila entre 4 y 28V
• CDS: Entrada de desactivación o baja del sensor

La diferencia en 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 CI RCWL0516 que ayuda a repetir los disparos y una región de detección de 360 grados sin punto ciego. Puede identificar el movimiento a través de las paredes, otros materiales e incluye un rango de susceptibilidad de 7 metros.

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

Sabemos que este sensor de radar proporciona una salida alta una vez que se detecta el movimiento. Aquí se utiliza un pin CDS para permitir la detección de movimiento. Una vez que el código esté listo, conecta la placa Arduino al sistema y carga el código. Después, tienes que abrir el monitor serie a una velocidad de 9600 baudios y hacer algunos movimientos ante el sensor de radar. Entonces, observa el LED y el monitor serie.

int Sensor = 12;
int LED = 3;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode (Sensor, INPUT);
pinMode (LED, SALIDA);
Serial.println("Esperando el movimiento");
}
void loop() {
int val = digitalRead(Sensor); //Leer la clavija como entrada
if((val > 0) && (flg==0))
{
digitalWrite(LED, HIGH);
Serial.println("Movimiento detectado");
flg = 1;
}
if(val == 0)
{
digitalWrite(LED, LOW);
Serial.println("NO Movimiento");
flg = 0;
}

Ventajas

El ventajas de los sensores de radar incluyen las siguientes.

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

Desventajas

El desventajas de los sensores de radar incluyen las siguientes.

• 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 los objetos que están demasiado profundos y en el agua.

Aplicaciones

Las aplicaciones de los sensores de radar son las siguientes

• Los sensores de radar se utilizan cuando es necesario detectar un vehículo o evitar una colisión cuando el equipo está en movimiento. La detección de vehículos incluye principalmente camiones, trenes, coches, cabinas de peaje, canales de navegación, ferrocarriles, etc. La evitación de colisiones incluye puertos, fabricación, entornos de fábrica de baja visibilidad y equipos móviles a bordo.
• Militar
• Sistema de seguridad
• Electrones para el automóvil
• Radar de tráfico inteligente
• Radar para vehículos aéreos no tripulados
• 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 diversos tipos de objetos a distancias significativas. Este sensor funciona transmitiendo energía electromagnética a los objetivos y detecta los ecos que vuelven de ellos.

¿Cuáles son los 5 componentes principales del radar?

Los cinco componentes principales del radar son principalmente la antena, el transmisor, el receptor, el diplexor y el bucle de bloqueo de fase.

¿Por qué es ilegal tener un detector de radares?

En algunos países, utilizar un detector de radares es ilegal, porque puede dar lugar a multas y a la confiscación del vehículo.

¿Puede el radar detectar a los humanos?

El radar no puede detectar a los seres humanos que caminan o están inmóviles en el campo del radar, sino que el radar puede detectar simplemente 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 se produce una zona muerta para cada sistema de radar en la que no se puede detectar un objeto. Pero en la atmósfera de la Tierra, las ondas electromagnéticas suelen refractarse hacia abajo o doblarse.

¿Qué ocurre si te paran con un detector de radares?

Si te paran con un detector de radares por exceso de velocidad y te encuentran un detector de radares en el vehículo, la policía te pondrá una multa por exceso de velocidad.

Los avances en los sensores de radar que utilizan la tecnología de ondas milimétricas proporcionan flexibilidad y alta precisión para varias aplicaciones de control en el habitáculo, a la vez que ofrecen un factor de forma diminuto que puede incluirse de forma sencilla y modesta dentro de un vehículo. En la actualidad, los sensores de radar avanzados que se utilizan en diferentes aplicaciones son: el sensor de radar doppler OPS243-A, el sensor de radar mmWave, el ARS540, el ARS430, el ARS410, el ARS441, etc.

Por tanto, se trata de una visión general de un radar sensor y su funcionamiento con aplicaciones. Este sensor utiliza la tecnología de detección inalámbrica para descubrir y extraer la forma, la posición, el 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 penetrar los obstáculos. Asimismo, 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?