Вступление
Датчик присутствия человека HLK-LD2410C компании Hi-Link функционирует как радиолокатор: он излучает радиоволны в сантиметровом диапазоне (24 ГГц) и анализирует их отражение.
Из-за короткой длины волны даже незначительные изменения в отражающих поверхностях в зоне действия локатора приводят к заметным изменениям в отраженной волне, которые легко фиксируются приемником датчика.
Радарные датчики по принципу действия сильно отличаются от традиционных PIR-сенсоров (датчиков движения), реагирующих на инфракрасное излучение от человека. Однако, несмотря на различия, радарные датчики остаются устройствами для обнаружения движения: они не способны обнаружить неподвижные объекты.
Чем же тогда они лучше PIR-датчиков?! PIR-датчики "теряют" малоподвижные объекты; в то время, как радарные датчики их легко обнаруживают, включая условно неподвижного человека, поскольку он не может быть абсолютно неподвижным: он дышит!
Далее в этом материале будут рассмотрены особенности датчика, представлен краткий обзор его характеристик; а затем будет рассмотрен практический пример создания своими руками кухонного светильника под шкаф с этим датчиком движения.
Характеристики, особенности и схема подключения датчика присутствия HLK-LD2410C
• Максимальная дистанция обнаружения объекта: 6 м
• Угол обнаружения объекта относительно оси датчика: ±60 градусов
• Частотный диапазон: 24... 24.25 ГГц
• Выход обнаружения объекта: логический, уровень 3.3 В (может инвертироваться)
• Допустимое напряжение питания: +5... +12 В
• Потребляемый ток (типовой): 79 мА
• Интерфейсы: UART, Bluetooth
• Приложение на Google Play: HLKRadarTool
• Габариты: 22 x 16 x 16 мм
Датчик может функционировать как самостоятельно, так и в связке с внешним контроллером через последовательный интерфейс UART. В данном обзоре рассматривается только автономный режим, при котором параметры настраиваются через приложение по Bluetooth.
На печатной плате радарного модуля элементы распределены по двум сторонам, каждая из которых выполняет свои задачи. На лицевой, или активной, стороне находятся ключевые компоненты: чип приёмопередатчика, работающий на частоте 24 ГГц, и антенна дипольного типа.
Приёмопередатчик имеет чип с маркировкой S1KM0000 (документацию найти не удалось). Производитель отмечает, что этот чип функционирует на основе линейно-частотной модуляции (FMCW). Такой метод позволяет получить более детальную информацию об объекте по сравнению с традиционной импульсной радиолокацией с постоянной частотой сигнала.
Кроме радиолокационных компонентов, в левом нижнем углу находится фотодиод (а может, фототранзистор - внешне отличить невозможно). Он используется для оценки уровня внешнего освещения при управлении осветительными приборами. Например, если света достаточно, можно запретить включение дополнительного освещения (настройка осуществляется через приложение).
В правом нижнем углу модуля расположен объёмный элемент белого цвета с чёрной полосой. Вероятно, это антенна Bluetooth.
Посмотрим на обратную сторону платы, которая посвящена "обвязке" радара:
Эта часть платы отвечает за стабилизацию питания и поддержку интерфейсов.
В левом верхнем углу находится микросхема линейного стабилизатора на 3,3 В. Ниже неё расположен чип BP3414 от компании JieLi, на корпусе которого нанесён логотип, напоминающий букву "Пи". Стоит отметить, что эта компания, видимо, "из принципа" не публикует техническую документацию на свои компоненты в открытом доступе.
Рядом с этой микросхемой находится кварцевый генератор, работающий на частоте 24 МГц.
Второй генератор, работающий на частоте 25 МГц, расположен в правом нижнем углу платы. Вероятно, он используется для функционирования приёмопередатчика радара.
Подключение датчика в автономном режиме очень простое: его логический выход совместим с уровнем напряжения многих цифровых микросхем и может напрямую управлять силовыми транзисторами MOSFET (как это было сделано автором для управления освещением).
Приложение для настройки датчика присутствия человека
Приложение для настройки датчиков компании Hi-Link, поддерживающих подключение через Bluetooth, присутствует на Google Play и именуется HLKRadarTool, его логотип таков:
Для функционирования приложения на смартфоне необходимо включить Bluetooth. Однако, сопрягать модуль со смартфоном не нужно (да и невозможно): приложение самостоятельно выполнит поиск и подключится.
После отображения датчика присутствия в списке обнаруженных устройств, достаточно выбрать его, чтобы перейти на главную страницу устройства.
Не могу объяснить, какую ценность несут графики на скриншотах.
Для настройки датчика нужно нажать на "Подробнее" в верхней части экрана, а затем на "Настройки" (возможно, отклик будет слегка тормознутым). После этого откроется окно с детальными настройками:
В этом разделе требуются пояснения, поскольку настройки имеют как очевидные, так и неочевидные особенности.
В разделе "Точность" можно выбрать дискретность этой настройки — 0,2 или 0,75 метра. Однако этот параметр жёстко связан с предельной дальностью.
Если установить дискретность в 0,75 метра, предельная дальность составит 6 метров. Если же выбрать 0,2 метра, то предельная дальность будет всего 1,6 метра, что может быть недостаточно для некоторых применений.
Следующий параметр — "Задержка выключения" (на скриншоте название параметра написано с орфографической ошибкой). Этот параметр определяет время, в течение которого устройство продолжает подавать сигнал включения, даже если объект уже вышел из зоны контроля датчика.
Существует неочевидная особенность: реальная задержка составляет примерно вдвое меньше установленной. Короче, к понятиям "китайские Ватты" и "китайские Амперы" можно добавить и новое понятие: "китайские секунды". :)
Далее идёт параметр "Настройка светочувствительности". Он может быть полезен, если датчик управляет освещением: с его помощью можно запретить устройству включать свет, если естественного освещения уже достаточно.
Последний параметр настройки — "Уровень по умолчанию". Здесь можно инвертировать выходной сигнал, установив нулевой уровень как активный, если это необходимо для работы последующей схемы, подключённой к датчику.
Сборка своими руками и тестирование кухонного светильника под шкаф с датчиком присутствия человека
Схема подключения светодиодной ленты к датчику движения настолько проста, что её легче объяснить словами, чем нарисовать.
Помимо датчика, потребуется достаточно мощный MOSFET-транзистор и светодиодная лента.
Исток MOSFET-а соединяем с землёй, затвор — с выходом датчика, сток — с катодом светодиодной ленты, а анод светодиодной ленты — с плюсом питания. Вуаля!
В данном случае MOSFET был не куплен, а выпаян с "убитой" материнской платы компьютера. Конкретная модель транзистора — 14N03LA (это лишь пример).
Теперь перейдём к деталям конструкции.
Для корпуса светильника был выбран алюминиевый профиль, который ранее служил частью офисной мебели (до того, как её отправили на свалку).
Чтобы установить датчик движения на профиль, к его верхней части с помощью силиконового клея была прикреплена контактная колодка, аналогичная той, что использовалась для подключения динамика на корпусе компьютера к его материнке. Два дополнительных контакта были взяты с аналогичных двухконтактных колодок.
MOSFET также был прикреплён к верхней части алюминиевого профиля с использованием прозрачной пластиковой прокладки, предотвращающей прямой контакт корпуса светильника с электрической схемой.
На фотографии можно заметить, что сток MOSFET-транзистора соединён со светодиодной лентой через самодельный резистор (сопротивление составляет 1 Ом). Этот резистор установлен для предотвращения превышения допустимого тока, который может быть подан от источника питания (в данном случае - телефонного адаптера на 5 В и 1 А). Если пользователь применит более мощный источник питания, то можно обойтись без этого дополнительного резистора.
Вот как выглядит готовое устройство со стороны светодиодной ленты:
Получившаяся мешанина проводов может показаться неэстетичной, но при установке светильника на своё место её совсем не видно, так как она оказывается за светильником.
Светодиодная лента установлена в углублении профиля. Это обеспечивает оптимальную направленность света, основной поток которого направлен вниз, в рабочую зону светильника.
В данном случае использована светодиодная лента с напряжением 5 В. Однако, в целом, лента на 12 В будет более энергоэффективна. Правда, для её работы, естественно, не подойдёт простой адаптер на 5 В от старого телефона: потребуется источник питания на 12 В.
Так выглядит готовый светильник в целом:
Вот как выглядит самодельный светильник с датчиком движения, установленный на положенном месте - под кухонным навесным шкафом:
Светильник получился настолько лёгким, что его оказалось возможным просто подвесить на проволочках от витой пары с двумя зажимами для бумаг для закрепления проволочек на светильнике.
На фотографии видно, что диаграмма направленности светильника, действительно, оптимальна: он освещает преимущественно рабочую зону под шкафом.
После первого запуска светильника мне показалось, что светильник не реагирует на приход/уход человека: он горел непрерывно.
Чтобы разобраться в проблеме, я открыл настройки датчика через упомянутое приложение. Выяснилось, что датчик настроен на максимальное расстояние обнаружения цели — 6 метров. Это означает, что он работал на полную мощность и чувствительность, т.е. мог срабатывать от всего, чего угодно. Кроме того, датчик мог срабатывать из-за переотражённых радиоволн от предметов, находящихся даже за пределами его прямой видимости.
Из-за этих факторов датчик постоянно срабатывал и не отключался.
Проблему удалось решить, установив через приложение расстояние обнаружения на 3 метра.
Последующие тесты показали, что датчик работает корректно. Например, если объект (я) находился за кухонным столом и делал незначительные движения, датчик продолжал его «видеть» и освещение не выключалось.
Также датчик реагировал на появление кошки на кухне, включая свет. Это можно считать как преимуществом, так и недостатком, в зависимости от порядков в доме.
Недостатком датчика является его чувствительность к колышущимся занавескам на кухонном окне, если окно приоткрыто и на улице дует ветер. Это - недостаток такой системы: датчик не отличает живые (тёплые) и неживые (холодные) предметы.
Потребление тока датчиком почти совпадает с заявленным — 77 мА. Такой ток вызывает хотя и безопасный, но заметный нагрев радиочастотного чипа до температуры почти в 50 градусов. На следующем изображении — тепловой снимок датчика в рабочем режиме:
Тепловой снимок был сделан тепловизором InfiRay T2S Plus с регулируемым фокусным расстоянием (обзор, сторонний ресурс).
Итоги и выводы
Датчик присутствия человека Hi-Link HLK-LD2410C успешно прошёл тестирование и показал свою эффективность в обнаружении людей и домашних животных.
Одной из ключевых особенностей устройства является возможность настройки его параметров через специальное приложение, что позволяет адаптировать его к конкретным условиям использования.
Датчик может применяться для управления освещением и в системах охранной сигнализации.
В случае использования для управления освещением, устройство легко интегрируется в светильники, изготовленные самостоятельно. При этом пользователь может самостоятельно выбрать множество параметров: мощность светильника, его габариты, цветовой тон, а также дальность обнаружения цели и время послесвечения.
Важно отметить, что датчик может быть установлен как снаружи светильника, так и внутри его корпуса, если он изготовлен из пластика не слишком большой толщины. Возможность работы устройства через пластиковый корпус была проверена на практике.
Купить датчик присутствия человека HLK-LD2410C можно на Aliexpess, цена на дату обзора с учетом доставки - около $3 (цена может меняться, проверяйте!). Если ссылку не видно, то отключите, пожалуйста, блокировщик рекламы для этого сайта!
Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Всем спасибо за внимание!
Подписывайтесь на этот Дзен-канал: будет ещё много интересного!