Датчики. RCWL-0516

Хочу рассказать вам о своих впечатлениях от микроволнового датчика движения RCWL-0516.

Это очень дешевые датчики (от 25 руб/шт), по сравнению с пассивными инфракрасными (от 50 руб/шт). В Интернете о них пишут разное, поэтому я решил проверить, что есть на самом деле. Заказал 5 шт.

Рис.1.

Пришла вот такая пластиночка (один я уже отломил).

Рис. 2. Вид датчика со стороны монтажа.

Основой датчика является микросхема RCWL-9196, который оснащён передатчиком и приёмником. Датчик сработает если приёмник примет сигнал, частота которого незначительно отличается от частоты сигнала передатчика. А это происходит при приближении или удалении предмера от датчика (эффект Доплера).

Собственно генератор СВЧ с частотой около 3 ГГц собран на транзисторе MMBR941M. Так ка частота очень высокая, то индуктивность (она же является антенной) выполнена печатным способом, так же как и конденсаторы генератора, который собран по схеме Колпитца. Для выделения разностного сигнала между частотой передачи и частотой приема применен ФНЧ с частотой среза около 150 кГц. Но, как пишут некоторые авторы в сети, при быстром приближении или удалении предмета от датчика разность частот может достигать 1 МГц.

При наличии разностного сигнала на выходе датчика низкий логический уровень меняется на высокий (3,3 В). Кроме того, микросхема обеспечивает задержку включения. Т.е. после того, как датчик сработал, он становиться нечувствительным к телодвижениям на определенный период (по умолчанию на 3 сек) (точно также, как и ИК-датчик HC-SR501, но там можно это время плавно регулировать). После этой паузы на его выходе вновь появляется низкий логический уровень, он просыпается и готов вновь ловить ваши движения.

Теперь перевернем плату.

Рис. 3. Нижняя часть платы.

На обратной стороне платы вытравлены структуры, являющиеся обкладками конденсаторов СВЧ генератора. Также есть места для установки резистора, регулирующего чувствительность (как пишут 1 МОм дальность снижается до 5-ти метров). У меня нен smd-резисторов (да и конденсаторов тоже), но в сети об этой возможность очень разные отзывы: у кого-то получилось, а у кого-то и нет.

С конденсатором задержки все проще тут все работает в соответствии с формулой T=(1/C)*32678, которую я так и не смог разгадать, но об этом позже.

Фоторезистор я не подключал и регулировать его срабатывание не пробовал. Рекомендуют к точкам R-CDS подключить переменный резистор, настроить освещенность, при которой включается датчик, затем замерить сопротивление переменного резистора и впаять постоянный ближайшего номинала.

Думаю, назначение портов датчика не требуют пояснений, кроме вывода COS. При подачи на этот вход низкого логического уровня (О В), датчик перестает реагировать на телодвижения.

Немного о его характеристиках (схема на английском здесь: https://iarduino.ru/lib/a7fa5e06920fcded6af59eb049e016e5.pdf).

Во-первых, датчик имеет широкий диапазон напряжения питания: от 4 до 28 В. Во-вторых, у него большой радиус действия - около 7 метров. В третьих, в микросхеме есть стабилизатор 3,3 В, выход которого можно использовать для питания внешних устройств, но более 50 мА оттуда лучше не брать. Имейте в виду, что при собственном потреблении тока датчиком около 3 мА, при подключении нагрузки к стабилизатору 3,3 В ток соответственно увеличится. Мощность излучения - 10-20 мВт.

Это все теория, а теперь к практике. Я собрал схемку для индикации работы датчика.

Рис. 4. Схема индикации состояния датчика.

Рис. 5. Внешний вид датчика со схемой индикации.

В качестве транзистора взял обычный КТ315. При движении датчик срабатывал, загорался светодиод.

Рис. 6. Момент срабатывания светодиода.

Задержка после включения составляла около 2 с. Так как для регулирования времени задержки можно использовать выводной транзистор, я подпаял туда (см. рис. 3) керамический емкостью 0,1 мкФ. Время задержки увеличилось до 30 с.

Рис. 7. Датчик с подключенным конденсатором задержки.

По дальности претензий нет, на расстоянии 6 м датчик уверенно срабатывал при перемещении моего тела. А вот с движением рук проблемы были. Оказалось, что антенна датчика имеет свою диаграмму направленности. Максимум чувствительности наблюдался по направлению, перпендикулярном плоскости платы со стороны монтажа деталей. Наименьшая чувствительность была в плоскости платы. С обратной стороны платы чувствительность была меньше, чем со стороны монтажа, но больше, чем в плоскости платы. В сети я нашел данные, что раскрыв диаграммы направленности в плоскости, перпендикулярной плоскости антенны, около 120 градусов. Я с этим согласен.

Меня здорово поразила разница в мнениях по поводу проникающей способности излучения датчика. Одни писали, что для него прозрачны кирпичные стены и металл, другие писали, что металл и железобетон экранируют излучение. Я, конечно, проверил. Оказалось, что кирпичная стена толщиной 1,5 кирпича, стена из пеноблоков толщиной 400 мм + штукатурка, деревянный сруб толщиной 450 мм, стена из двух слоев фанеры 6мм + шлаковата 50мм + с каждой стороны теплоизоляция 6 мм с одним слоем фольги - все они оказались непроницаемыми для излучения датчика. Через ДСП толщиной 15 мм излучение проходило.

С металлом оказалось гораздо сложнее и неоднозначнее. Вначале, чтобы избежать замыканий, я одел плату датчика в полиэтиленовый пакетик из-под радиодеталей. Затем положил плату в П-образный профиль из меди толщиной 1 мм.

Рис. 8. Работа платы датчика в медном профиле.

Оказалось, что датчик продолжал нормально работать, даже стала больше чувствительность в плоскости платы, видимо происходили переотражения излучения.

Потом я накрыл все это консервной банкой (жесть, Бычки в томате :)).

Рис. 9. Датчик под консервной банкой

Все работало по прежнему, правда дальность немного уменьшилась (5,5 м), но на расстоянии 1,5-2м датчик стал реагировать на движение руки.

Мне пришла в голову мысль, что слишком уж похоже работают данный датчик и ИК-датчик. А в ИК-датчике для повышения чувствительности используют линзы Френеля. Вот и я решил сделать такую линзу из ... алюминиевой фольги.

Рис. 10. Линза Френеля из мятой фольги.

Конечно, я не смог сделать такую красивую линзу, как в ИК-датчике, но и такая работала! На расстоянии 1 - 1,5 м датчик стал чувствовать даже движения пальцев. Попробовал совместить рис. 9 и 10.

Рис. 11. Датчик бод банкой и алюминиевой фольгой.

Какие же можно сделать выводы? Лучше ли микроволновый RCWL-0516, чем ИК HC-SR501? У микроволнового есть одно важное преимущество: его излучение проходит через не очень толстые препятствия из дерева (через поверхность стола или через дверь). Но и недостатков у него много: потребляемый ток 3 мА против 50 нА у RCWL-0516 (ведь он - пассивный). Зато выходной ток у ИК тоже мизерный и требует установки дополнительного полевого транзистора. Если у ИК датчик несложно сделать однонаправленным, то с микроволновым у меня не получилось. Регулировки у микроволнового очень грубые, а у HC-SR501 - и чувствительность и время задержки можно регулировать имеющимися на плате подстроечными резисторами в широком диапазоне.

Думаю, что оба типа датчиков в умелых руках найдут свое применение.

Всем здоровья и успехов!