毫米波(Millimeter Wave,mmWAVE)是指波長在 1mm~10mm(毫米)之間的無線電波訊號,其頻率在 24GHz~300GHz 之間。像我們現在手機 5G 行動網路便是屬於毫米波的波段,具有高頻寬、低延遲、高承載的特性。
毫米波雷達便是毫米波的另一種應用,它可以感測物體的細微改變,毫米波雷達在不同的時間會改變其頻率,訊號的回波被接收天線接收,藉由頻率的差異來判讀受測物的數據。例如當時間在 t1 時,毫米波雷達發射的頻率為 f1,但接收到的頻率為 f0,便可得知是多久之前所發送出去的訊號,並藉此判斷物體的方位及移動速度。可以應用在:
先進輔助駕駛系統:如盲點偵測、自動跟車、自動停車等經常用到毫米波雷達感測。
智慧交通:如超速與臨時停車的科技執法、鐵道入侵偵測、平交道人車偵測等。
智慧家庭:如家電可以整合手勢控制、人數偵測等,用於空調與照明的智慧化。
智慧照護:如心率感測、呼吸感測、跌倒偵測、睡眠監測等,用於初步的異常告警。
這次介紹的Rd-03D以及Rd-03E主要應用在人體偵測,它們能夠發射24G的K波段雷達波,藉由其內部晶片對於雷達波折射及反射率、雷達波吸收率及定位跟蹤算法,能夠精準計算人體位置及運動狀態,而能進行軌跡識別及跟蹤。Rd-03D還能同時追蹤最多三個人體的座標及移動,想要設計室內人體感測及追蹤的相關應用,Rd-03D真是一個好物!
Rd-03E:可以偵測人體距離感測器的距離,以及移動的快慢(不同韌體還可以感測手勢)。
Rd-03D:可以偵測人體在感測器前方的X軸及Y軸的座標,以及在空間中的移動速度,而且可以同時感測三個人體目標。
承蒙夜市小霸王尤老師惠賜24G毫米波雷達Rd-03D和Rd-03E給我測試,總算吉哥積木內的積木又豐富了一些!積木選單位置在「吉哥積木」→「ESP32」→「模組」→「毫米波雷達」。
經過測試,因為這二款雷達的反應速度快,序列埠的連接速度是256000,其他的開發板不管是軟體或是硬體序列埠測試過都有問題,使用ESP32是沒有問題的,因此把這組積木放入「ESP32」的選單分類。
Rd-03D及Rd-03E都是屬於序列埠裝置,ESP32可同時連接三個序列埠,Serial、Serial1、Serial2,通常Serial已經連接到電腦,所以可以設定感測器連接到Serial1或Serial2,並指定好RX及TX的腳位。
注意:毫米雷達波模組都需要5V供電
Rd-03E得到的結果有二個:
動作代碼:0、1、2
0:代表前方沒有人
1:人體快速移動
2:人體靜止或緩慢移動
人體離感測器的距離:單位是公分。
一般人對人體偵測常用PIR(被動式紅外線偵測,Passive Infra-Red sensor),例如公用廁所為了省電,有人便開燈,沒人時便關燈。但是PIR有一個很大的問題就是它是偵測人體的位移,如果在廁所裡面都不動(站著或坐著尿尿,當然不動),過沒幾秒鐘它便偵測不到位移,於是認為沒有人便關燈了,這是我們去節能公廁常常碰到的問題,但是如果使用Rd-03E便沒有這個問題,沒有人和人體靜止不動它是分得出來的。以下範例,如果有人便開燈,沒有人便關燈。動作代碼0代表沒有人,藉此判斷有沒有人在這個空間裡。以下提供二個範例它是一樣的,因為代碼0、1、2大家不會記住它代表的意義,因此另外做了一個動作代碼的下拉選單積木,這樣就不用記憶不同代碼的含義。
RD-03D可以偵測人體在空間的X、Y軸的座標,以及移動速度,並藉此計算出角度。X軸及Y軸感測到的單位都是mm,以下的程式將它除以十,轉換為公分。Y軸感測資料都是正值,因為只感測前方物體;X軸則有正負值,面對感測器,如果人體在感測器左邊為負值,在感測器右邊則為正值。
另外,這個感測器可以感測三個人體目標,預設是感測一個目標,若沒啟動多目標感測的話,感測標的就只有目標1。
其感測空間平面圖座標及程式如下:
左右二顆LED,左邊LED接到GPIO32,右邊LED接到GPIO14,面對Rd-03D時,如果人體位於感測器左側(X<-10),則左邊的燈亮;如果人體位於感測器右側(X>10),則左邊的燈亮;不左不右時(X>=-10且X<=10),所有的燈都不亮。
先確定伺服馬達轉動到90度的位置,然後接上擺臂,並且把它接到GPIO16,將伺服馬達置於感測器X軸為0的位置,以下的程式,人體在感測器前方移動時,伺服馬達都會指向到人體的位置。
伺服馬達會隨著人體位置改變而指向著人體
伺服馬達會隨著人體位置改變而指向著人體
Rd-03D可以感測三個人體目標,預設是感測一個目標,若沒啟動多目標感測的話,感測標的就只有目標1。以下的程式在初始化階段便啟動多目標感測,並且將三個目標的感測資料透過序列埠顯示在電腦上。