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Einleitung

Vor geraumer Zeit nun bin ich beim Stöbern durch das Sensor-Angebot von Reichelt auf das Radar-Modul RSM1650 der Firma Hygrosens gestoßen. Die Firma gehört inzwischen zu B+B Sensors und das Modul heißt RADAR-IPM-165, aber sonst hat sich daran wenig geändert.

Das RSM1650 / RADAR-IPM-165 - Modul

Sofort war meine Aufmerksamkeit geweckt - kamen mir doch Bilder wie etwa der Umgebungs-Bewegungssensor aus dem Sci-Fi-Klassiker Aliens: die Rückkehr in den Sinn.

Eine Szene aus Aliens: Die Rückkehr

Ein Blick ins Datenblatt offenbart dann, dass das RSM1650 für wenig spannende Anwendungen wie etwa das automatische Auslösen eines Pissoirs oder das bekannte bewegungsgesteuerte Außenlicht entwickelt wurde. Dennoch klingen die Angaben brauchbar; so ist etwa die Rede von 20 m Detektionsreichweite und die detektierbaren Materialien bei der verwendeten Frequenz 24 GHz sind hauptsächlich Metall und Wasser, nicht jedoch die üblichen Baustoffe. Das Bemerken von Fahrzeugen oder Menschen durch Wände hindurch klingt also durchaus plausibel. Weniger schön jedoch ist der breite Abstrahlwinkel des Moduls, der das genaue Orten wesentlich schwieriger macht.

Nachdem ich die Applikationsschrift Radarsensorik der Herstellerfirma gelesen hatte, erschienen weitere Hürden:

  • Das Radarsignal liegt in der Größenordnung 100 µV mit einem DC-Offset von bis zu 20 mV
  • Da das Radarmodul den Doppler-Effekt verwendet, können nur bewegte Objekte detektiert werden. Sie erscheinen dann als Sinussignal, dessen Frequenz von ihrer Relativgeschwindigkeit senkrecht zum Modul abhängt
  • Die Frequenz errechnet sich mit ungefähr 44 Hz / km/h. Das bedeutet: will man sich wirklich langsam bewegende Menschen als auch sehr schnelle Fahrzeuge bemerken, braucht man etwa einen Frequenzbereich von 3 Hz - 10 kHz. Bei Beachtung der Nyquist-Frequenz bedeutet das, dass mindestens eine Sampling-Rate von 20kSps notwendig ist
  • Da nur die Relativgeschwindigkeit senkrecht zum Modul gemessen wird, muss, um den Geschwindigkeitsvektor des Objektes zu bestimmen, ein zweites, zum ersten verkipptes Modul hinzugefügt werden
Daraus resultiert folgendes Setup:
  • Ein Verstärker, der die 100 µV Amplitude des Nutzsignals auf einen brauchbaren Spannungsbereich, etwa +/- 10 V, hebt
  • Ein Bandpass-Filter für den Bereich von 3 Hz - 20 kHz, um einerseits den heftigen DC-Offset und andererseits hochfrequentes Rauschen rauszufiltern
  • Sehr rauscharme Versorgungsspannungen mit +5 V, +10 V und -10 V
  • Ein Analog-Digital-Wandler, der mindestens 20 kSps bei möglichst hoher Genauigkeit liefert,+/- 10 V Eingangssignal verträgt und mehrere Kanäle aufweist
  • Ein Microcontroller samt USB-Schnittstelle, um die erfassten Daten am PC entgegenzunehmen
  • Eine Software, die live die erhaltenen Daten Fourier-transformiert und dabei die prominentesten Frequenzen ermittelt
Mit diesem Wissen gerüstet habe ich mich also an den ersten Prototyp gemacht.