HB100 Radar 10.525 GHz Mikrodalga Doppler Hareket Sensörü

HB100 Radar 10.525 GHz Mikrodalga Doppler Hareket Sensörü

HB100 radar, X-bandında çalışan bi-statik Doppler alıcı-verici modülüdür. Modül içerisinde 10.525 GHz mikrodalga sinyali üreten dielektrik rezonatörlü osilatör, dengeli mikser ve verici-alıcı anten dizileri bulunur. Çevredeki bir nesne hareket ettiğinde, nesneden yansıyan mikrodalga sinyalinin frekansı değişir. HB100, gönderilen sinyal ile geri dönen sinyal arasındaki bu farkı IF terminalinden düşük frekanslı analog Doppler sinyali olarak çıkarır.

Modül bir mesafe sensörü gibi doğrudan “nesne 3 metre uzakta” bilgisi üretmez. Temel işlevi, sensöre göre hareket eden hedefleri algılamak ve hareket hızına bağlı bir Doppler frekansı oluşturmaktır. Hedefin uzaklığını tek başına hesaplayamaz; ancak hareket varlığı, hareket yoğunluğu ve uygun sinyal işleme ile yaklaşık hız bilgisi elde edilebilir.

HB100’ün IF çıkışı doğrudan dijital HIGH/LOW sinyali değildir. Çıkış seviyesi genellikle mikrovolt mertebesindedir ve bir mikrodenetleyiciye bağlanmadan önce yüksek kazançlı, düşük frekanslı bir yükseltici ve gerekirse karşılaştırıcı devresiyle işlenmesi gerekir. Tipik insan yürüyüşü, çoğunlukla 100 Hz’in altında bir Doppler sinyali oluşturur.

Doppler Algılama Prensibi

Sensörün gönderdiği 10.525 GHz sinyal sabit bir nesneden yansıdığında, geri dönen sinyalin frekansında önemli bir değişiklik oluşmaz. Nesne sensöre doğru veya sensörden uzağa hareket ettiğinde ise yansıyan sinyalde Doppler kayması meydana gelir.

Doppler frekansı genel olarak hedefin:

• Hareket hızına,
• Sensöre göre hareket yönüne,
• Sensör ekseniyle yaptığı açıya,
• Yansıtıcı yüzey büyüklüğüne

bağlıdır.

Hedef sensör ekseni boyunca doğrudan yaklaşıyor veya uzaklaşıyorsa 10.525 GHz için yaklaşık ilişki şöyledir:

Doppler frekansı = 19,49 × hız (km/sa.)

Örneğin sensöre doğru 5 km/sa. hızla hareket eden bir hedef teorik olarak yaklaşık 97,5 Hz Doppler frekansı oluşturur. Hedef sensörün önünden yanlamasına geçerse hareket açısı nedeniyle ölçülen frekans daha düşük olur.

Tek kanallı IF çıkışı nedeniyle HB100, yalnızca standart bağlantıyla hedefin yaklaştığını veya uzaklaştığını kesin olarak ayırt etmez. Çıkış frekansı hız büyüklüğü hakkında bilgi verebilir; hareket yönünün güvenilir biçimde belirlenmesi için faz bilgisi sunan farklı bir radar mimarisi gerekir.

Öne Çıkan Özellikler

• 10.525 GHz X-band mikrodalga çalışma frekansı
• Temassız hareket algılama
• Doppler etkisine dayalı analog IF çıkışı
• İnsan, araç ve hareketli nesne algılama uygulamalarına uygun yapı
• Sürekli dalga, yani CW çalışma desteği
• Düşük görev çevrimli darbeli besleme desteği
• Modül üzerinde entegre verici ve alıcı anten dizileri
• Işık seviyesine ihtiyaç duymadan çalışabilme
• Sıcaklık değişimi, ses ve ortam ışığından PIR veya optik sensörlere göre daha az etkilenme
• Otomatik kapı, güvenlik, aydınlatma ve hız ölçümü uygulamalarına uygunluk

Kullanım Alanları

• Otomatik kapı açma sistemleri
• Güvenlik ve hırsız alarm sistemleri
• Koridor ve ortam aydınlatma kontrolü
• İnsan ve araç hareket algılama
• Geçiş ve doluluk algılama sistemleri
• Hareket kontrollü kamera sistemleri
• Trafik ve araç hareketi uygulamaları
• Eğitim amaçlı Doppler radar deneyleri
• Mikrodenetleyici tabanlı hareket alarmı projeleri
• Uygun sinyal işleme devresiyle hız ölçüm uygulamaları

Teknik Özellikler

Teknik değerler ST Engineering HB100 V2.02 ürün datasheet’ine göre verilmiştir.

Elektriksel ve Bağlantı Bilgileri

Bağlantı terminallerinin isimleri modülün PCB’si üzerinde belirtilir. Resmî dokümanda bağlantı deliklerinin 1 mm çapında ve kaplamalı olduğu belirtilmektedir.

HB100’ün IF terminali doğrudan Arduino, ESP32, PLC veya dijital girişe bağlanarak güvenilir hareket bilgisi vermez. Çıkış sinyali çok düşük seviyeli olduğundan aşağıdaki yapı önerilir:

HB100 IF çıkışı → AC kuplaj → düşük frekanslı yüksek kazançlı yükseltici → filtre → karşılaştırıcı veya ADC girişi

IF terminalinde sıcaklığa göre değişebilen yaklaşık 0,01–0,2 V DC seviyesi bulunabilir. Bu nedenle uygulama notunda IF çıkışının AC kuplajla yükselticiye bağlanması önerilir.

Arduino ve Mikrodenetleyici ile Kullanım

Modülün 5 V ve GND terminalleri uygun beslemeye bağlanır. IF çıkışı önce operasyonel yükselteç tabanlı bir sinyal koşullandırma devresine verilmelidir. Yükseltilmiş sinyal iki farklı yöntemle işlenebilir:

Hareket algılama için
Yükseltilen sinyal doğrultulup karşılaştırıcıdan geçirilerek dijital hareket çıkışı üretilebilir. Karşılaştırıcının eşik seviyesi, istenen hassasiyete göre ayarlanabilir.

Hız ölçümü için
Yükseltilen IF sinyalinin frekansı mikrodenetleyicinin zamanlayıcı veya kesme girişiyle ölçülür. Hedef sensör ekseni boyunca hareket ediyorsa yaklaşık hız aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:

Hız (km/sa.) = Doppler frekansı / 19,49

Örneğin ölçülen Doppler frekansı 60 Hz ise teorik eksenel hız yaklaşık 3,08 km/sa. olur. Bu hesap, hedefin doğrudan sensöre yaklaştığı veya sensörden uzaklaştığı ideal durum içindir.

Algılama Mesafesini Etkileyen Faktörler

HB100 için tek ve her ortamda geçerli sabit bir algılama mesafesi vermek doğru değildir. Gerçek algılama mesafesi aşağıdaki etkenlere göre değişir:

• Hedefin fiziksel büyüklüğü
• Hedefin radar yansıtıcılığı
• Hedefin hareket hızı
• Hareketin sensöre göre açısı
• Sensörün montaj yönü
• IF yükseltecinin kazancı
• Karşılaştırıcı eşik seviyesi
• Ortamdaki metal yüzeyler ve yansımalar
• Besleme ve devre gürültüsü
• Sensör ile hedef arasındaki engeller

Üretici uygulama notunda, insan vücudundan alınan sinyal seviyesinin vücut büyüklüğü, kıyafet ve çevresel faktörlere bağlı olarak önemli ölçüde değişebileceği; iki farklı kişiden alınan sinyal seviyeleri arasında yaklaşık %50 fark oluşabileceği belirtilmektedir.

Montaj ve Anten Yönü

Modülün anten yüzeyi algılanacak bölgeye doğru bakmalıdır. Sensör döndürülerek yatay ve dikey kapsama alanı uygulamaya göre ayarlanabilir. Resmî datasheet’te 3 dB anten ışın genişliği 80° × 40° olarak verilmektedir.

Metal bir kutu veya metal plaka antenin önüne yerleştirilmemelidir. Plastik muhafazalar kullanılabilir; ancak plastik türü, kalınlığı ve sensöre yakınlığı algılama performansını etkileyebileceğinden ürün üzerinde test yapılmalıdır.

Modülün metal RF koruma gövdesine baskı uygulanmamalı, gövde gevşetilmemeli ve sökülmemelidir. Üretici, kasaya uygulanan mekanik stresin ve kasanın açılmasının RF performansını bozabileceğini belirtmektedir.

Parazit ve Yanlış Tetikleme Kaynakları

IF çıkışının düşük seviyeli olması nedeniyle devre yerleşimi ve besleme kalitesi önemlidir. Özellikle şu kaynaklar yanlış tetiklemeye neden olabilir:

• Rölelerin açılıp kapanması
• DC motorlar
• Anahtarlamalı güç kaynakları
• LED sürücüleri
• Floresan aydınlatmalar
• Besleme hattındaki dalgalanmalar
• Titreşen metal parçalar
• Sensörün veya montaj yüzeyinin hareket etmesi
• Ortamdaki güçlü yansımalar

Floresan aydınlatmalardan kaynaklanan 100/120 Hz parazitler, insan hareketinin oluşturduğu Doppler frekanslarına yakın olabilir. Röle, motor ve LED anahtarlama darbeleri de IF çıkışında yüksek genlikli geçici sinyaller oluşturabilir. Bu nedenle besleme filtreleme, uygun PCB yerleşimi, ekranlama ve yazılımsal tetikleme gecikmesi kullanılmalıdır.

HB100 ile PIR Sensör Arasındaki Fark

PIR sensörler, hareket eden sıcak cisimlerin oluşturduğu kızılötesi değişimi algılar. HB100 ise hareketli nesneden yansıyan mikrodalga sinyalindeki frekans değişimini ölçer.

Bu nedenle HB100:

• Karanlıkta çalışabilir.
• Ortam ışığına ihtiyaç duymaz.
• İnsan dışındaki hareketli nesneleri de algılayabilir.
• Bazı metal olmayan ince yüzeylerin arkasındaki hareketlerden etkilenebilir.
• Titreşimli nesneler veya hareketli makineler nedeniyle istenmeyen tetikleme oluşturabilir.
• Sabit duran bir kişiyi normal hareket sensörü uygulamasında algılamayabilir.

Sabit nesneler belirgin Doppler frekansı oluşturmadığından HB100 temel olarak hareket algılar; klasik yakınlık sensörü gibi sabit bir nesnenin varlığını sürekli bildirmez.

Darbeli ve Sürekli Çalışma

Modül 5 V DC ile sürekli dalga, yani CW modunda çalıştırılabilir. Güç tüketimini azaltmak için düşük görev çevrimli darbeli besleme de mümkündür. Güncel datasheet’te önerilen darbe frekansı 2 kHz ve görev çevrimi %2 olarak belirtilmektedir. Darbeli kullanımda IF çıkışı için örnekle-tut devresi gerekir; bu nedenle standart hareket algılama uygulamalarında sürekli 5 V DC besleme daha kolaydır.

Kullanım ve Güvenlik Notları

• Besleme gerilimi 5,25 V DC değerini aşmamalıdır.
• IF çıkışı doğrudan yük sürmek için kullanılmamalıdır.
• Sensör elektrostatik boşalmaya karşı hassastır; montaj ve lehimleme sırasında ESD önlemleri alınmalıdır.
• Anten yüzeyine metal parça yerleştirilmemelidir.
• RF gövdesi açılmamalı, gevşetilmemeli veya mekanik baskıya maruz bırakılmamalıdır.
• Yerel radyo frekansı ve ürün uygunluk gereksinimleri, modülün kullanılacağı nihai ürüne göre kontrol edilmelidir.
• Alarm ve güvenlik uygulamalarında sensör tek başına hayati güvenlik bileşeni olarak kullanılmamalı; sistem düzeyinde doğrulama yapılmalıdır.

Kaynaklar ve Dokümanlar

ST Engineering HB100 X-Band Mikrodalga Sensör Modülü Ürün Datasheet’i        

HB100 X-Band Mikrodalga Hareket Sensörü Uygulama Notu            

HB100 FCC Kullanım Kılavuzu ve Teknik Dokümanı