Por dentro del sensor de movimiento por radar de $1
(10maurycy10.github.io)- Incluso un sensor de movimiento por microondas de menos de 1 dólar funciona solo con alimentación de 5V y un capacitor de desacoplo de 1µF, y convierte movimiento dentro de unos 5 m en una señal de salida de 3 segundos
- El gran chip SOIC-16
BISS0001originalmente es para sensores de movimiento infrarrojos, pero en esta placa se encarga de amplificar y comparar la señal IF, además del temporizador - El circuito RF parece un oscilador de unos 3.18GHz, pero en realidad está pulsado a unos 20MHz, y esa estructura le da sensibilidad como la de un receptor superregenerativo
- En interiores funciona bien gracias a la abundancia de ondas reflejadas estáticas, pero si faltan reflejos, como en exteriores, el rendimiento del sensor varía mucho
- Al quitar un capacitor y usar dos módulos se puede experimentar con radar biestático e incluso medir velocidad, aunque para un sensor de movimiento interior convencional el método original de un solo módulo sigue siendo más sensible
Conexión básica y señal de detección
- Este sensor funciona de inmediato conectando 5V a
VIN, tierra aGNDy un capacitor de desacoplo de 1µF a3V3- Si una persona se mueve dentro de unos 5 m, el pin
OUTsube a 3V durante 3 segundos
- Si una persona se mueve dentro de unos 5 m, el pin
- El gran chip SOIC-16 de la placa es
BISS0001, que según su hoja de datos es un chip para sensor de movimiento infrarrojo - Los radares de detección de movimiento y velocidad emiten una portadora continua y luego mezclan la señal recibida con la transmitida para generar una señal IF de baja frecuencia
- El reflejo de un objeto en movimiento se desfasa lentamente respecto a la señal transmitida y produce una frecuencia de batido del orden de unos pocos Hz
- En un sensor de movimiento importa más detectar cambios del orden de milivoltios que medir velocidad exacta
- En este módulo, la señal IF entra al pin 14 del
BISS0001, y por el pin 16 sale una copia amplificada, más fácil de ver con un osciloscopio - En una medición moviendo una laptop unos 40 cm hacia el sensor aparecieron 8 picos
- Como un cambio de recorrido de ida y vuelta de 80 cm equivale a 8 longitudes de onda, la longitud de onda se calcula en unos 10 cm
- No está muy lejos de la longitud de onda real de 9.4 cm
Circuito RF y estructura de receptor superregenerativo
- En el lado derecho de la placa, el
BISS0001actúa como amplificador, comparador y temporizador, mientras que el funcionamiento relacionado con RF ocurre en el pequeño conjunto de componentes del lado izquierdo - A primera vista, el circuito RF es un oscilador de un solo transistor que opera alrededor de 3.18GHz
- La pista en forma de S del emisor actúa como resonador de microondas y antena a la vez
- Un transistor BJT lo impulsa, y el capacitor formado por el resonador y la pista de cobre paralela proporciona la realimentación
- Se estima que la estructura en anillo de la cara trasera evita oscilaciones en otras frecuencias
- El oscilador es tan inestable que puede variar varios MHz solo por la capacitancia de una mano o por deriva de polarización
- Su funcionamiento real se parece más al acoplamiento de dos osciladores pulsados a unos 20MHz
- A medida que progresa la oscilación, cambia el estado del capacitor de 33pF y sube el voltaje del emisor
- Cuando la oscilación ya no puede sostenerse, la resistencia de 220Ω descarga el capacitor y reinicia la oscilación en unos pocos ns
- Debido a este pulsado, el circuito se comporta como un receptor superregenerativo
- Aunque la ganancia del transistor supere 1, la oscilación no arranca de inmediato y necesita un pequeño estímulo
- Una señal diminuta dentro del resonador se amplifica repetidamente, carga el capacitor y reinicia el ciclo
- Incluso una cantidad mínima de RF hace que la oscilación arranque antes, por lo que responde como un receptor muy sensible
- El tiempo apagado es de unos 15ns, y los reflejos estáticos de objetos a más de 2.5 m llegan durante el inicio de la oscilación
- Esos reflejos estáticos actúan como el oscilador local del radar
- El receptor superregenerativo detecta la señal modulada en amplitud producida por la interferencia entre reflejos estáticos y móviles
- En interiores, donde hay muchos reflejos, siempre existe RF para iluminar objetos en movimiento
- El rendimiento depende mucho del entorno de reflexión
- En interiores funciona bien
- En exteriores, donde no hay reflejos estáticos convenientes, muchas veces ni siquiera funciona
Experimentos de modificación y radar biestático
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Crear un transmisor quitando el pulsado
- La primera modificación consiste en quitar el capacitor que genera el pulsado de 20MHz
- Así el sensor se convierte en un transmisor
- Es posible modular en frecuencia inyectando señal casi en cualquier punto del oscilador
- También se puede hacer keying on-off encendiendo y apagando la alimentación
- Incluso sin la parte superregenerativa, el radar sigue funcionando hasta cierto punto
- El propio oscilador hace la conversión descendente de la señal recibida como si fuera un mezclador
- Pero como no hay ganancia, la señal IF resulta mucho más débil y la sensibilidad cae bastante
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Ventajas y desventajas de una configuración con dos módulos
- El segundo experimento usa una configuración de radar biestático con el transmisor modificado al lado de un módulo sin modificar usado como receptor
- La señal de retorno aparece de forma mucho más consistente y desaparecen las extrañas variaciones de amplitud
- Como el receptor recibe de forma continua una RF fuerte del transmisor, las señales reflejadas lejanas quedan más débiles
- Como sensor de movimiento interior, esta configuración es peor
- Para activarlo hace falta un movimiento considerable en dirección hacia o desde el sensor
- El método original de un solo módulo se activa con casi cualquier movimiento
- Si se separan los dos módulos unos 1 a 2 m, el rendimiento en exteriores mejora mucho respecto al módulo único
- La sensibilidad es mejor en la zona entre ambos módulos
- No llega a ser un gran rendimiento general, pero sigue siendo mucho mejor que el rendimiento exterior prácticamente nulo del módulo único
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Uso como sensor de velocidad
- La configuración biestática sí funciona bien como sensor de velocidad
- Se puede medir la velocidad aplicando una FFT a la IF o contando cruces por cero
- La velocidad se calcula como
longitud de onda × frecuencia de batido ÷ 2 - Por ejemplo, usando una frecuencia de batido de 15Hz y una longitud de onda de 9.4cm, se obtiene
9.4cm × 15Hz ÷ 2 = 70cm/s = 0.7m/s
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
El radar Wi-Fi CSI de 2.4 GHz puede detectar más allá de las paredes incluso con una placa ESP32 de USD 20: https://github.com/Marsrocky/Awesome-WiFi-CSI-Sensing y https://www.cnx-software.com/2022/08/08/esp-wifi-csi-detects...
Espressif afirma que, en entornos estáticos, puede captar incluso pequeños movimientos como la respiración o la masticación de personas o animales, y que funciona en toda la familia ESP32, incluidos ESP32, ESP32-S2 y ESP32-C3, sin cambios de hardware.
Las laptops AI/NPU con Wi-Fi 7 de 2024 basadas en Intel/Qualcomm pueden combinar radar RF e inferencia en el dispositivo para identificar actividades humanas.
Material relacionado: DIY Radio Telescope: Building a Camera That Can See WiFi (2019) https://www.youtube.com/watch?v=g3LT_b6K0Mc, Wi-Fi devices set to become object sensors by 2024 via IEEE 802.11bf standard (2021) https://news.ycombinator.com/item?id=40458766, How automotive radar measures the velocity of objects (2024) https://news.ycombinator.com/item?id=40768959, How Wi-Fi sensing of movement became usable (2024) https://www.technologyreview.com/2024/02/27/1088154/wifi-sen...
Lo uso en casa para detección de presencia, y si se imprime en 3D una carcasa pequeña, por menos de USD 20 se puede lograr una detección de presencia de alta precisión que funciona bien incluso cuando alguien está sentado y quieto.
Es ideal para iluminación automática y control de calefacción/aire acondicionado.
Estoy buscando una forma completamente no invasiva, es decir, sin contacto, de medir el ritmo cardíaco de una persona, y parece posible hacerlo con Wi-Fi (paper de 2019 https://arxiv.org/abs/1908.05108).
Sin embargo, aunque hay muchos métodos, como análisis de video o cámaras térmicas, es difícil encontrar un producto terminado a un precio razonable, y el rastreador de sueño más simple bajo la cama no es una opción en mi caso.
Referencia: https://github.com/Marsrocky/Awesome-WiFi-CSI-Sensing#vital-...
Me recuerda al artículo de desmontaje del HB100, pero este al menos tiene un IC, así que da un poco más de tranquilidad aunque no se entienda bien cómo funciona: https://www.allaboutcircuits.com/news/teardown-tuesday-hb100...
El PCB en sí es el componente clave, y no solo la antena patch: varios filtros RF, el oscilador local e incluso el mezclador están implementados en su mayor parte como trazas de PCB con formas peculiares.
Fuera del PCB, solo hay cinco componentes sobre la placa, y no queda más que admirar que hayan hecho un módulo de radar Doppler con cinco componentes pasivos.
Es un poco tangencial, pero me pregunto si estos dispositivos son seguros para las personas
Tengo varios LD2410 y me gustaría usar uno con ESPHome en el dormitorio; por lo que investigué, la potencia de salida es muy baja y parece seguro
Aun así, como implica dormir toda la noche con un radar apuntándonos, quiero escuchar la mayor cantidad posible de opiniones
Además de la ionización, el único mecanismo que podría dañar a una persona es que se transfiera mucha potencia al cuerpo; imagina algo como soldados parados frente a un transmisor de radar calentándose
Haciendo un cálculo aproximado, la corriente promedio en la hoja de datos de https://fcc.report/FCC-ID/2AD56HLK-LD2410B-P/6620025.pdf es de 79 mA a 5 V, así que consume unos 0.4 W
Si tomamos de forma conservadora que de eso se transmite realmente entre el 10 y el 50%, serían 40 a 200 mW; incluso si se absorbiera 1/4, la potencia adicional absorbida por el tejido sería de unos 10 a 50 mW
Esa es una estimación exagerada desde el punto de vista de seguridad, y la absorción a nivel de microwatts que mencionó otra persona parece más verosímil
El cuerpo de un adulto en reposo usa una potencia basal de unos 100 W, entre 500 y 2500 veces más que la potencia absorbida de un radar de ondas milimétricas
Mientras la absorción no se concentre solo en una zona muy específica y sensible, como los ojos, puede considerarse al nivel del ruido de fondo
Otra forma de verlo es compararlo con la RF y la radiación térmica que emite un celular que llevas en el bolsillo durante horas
Si aplicas la fórmula estándar de atenuación de energía E~R^(-2), a una distancia práctica de la antena ya baja al rango de microwatts
Detecto si hay alguien en la cama con sensores de peso, y para el movimiento en el dormitorio uso un PIR tradicional
Puede que sea exceso de precaución, pero no quise tener un radar apuntando 12 horas al día a mis hijos dormidos ni a mí mismo
De forma similar, el AP Wi‑Fi del piso de arriba lo tengo solo en el pasillo y no lo uso a máxima potencia
https://www.microwavenews.com
Ya existen radares de ondas milimétricas USB‑C que se conectan a la automatización del hogar
Cuestan entre 11 y 20 dólares, y tienen bastantes funciones
Si quieres hacer uno tú mismo, puedes ver lo que se está haciendo en el lado de ESPHome. Busca “esp home mm wave”
LD2410(B) también es una opción y funciona por UART
Es un poco más caro, alrededor de $5, pero tiene más opciones de configuración
De lo contrario es bastante engorroso; aun así, en mi caso, si me siento quieto a 4 o 5 m de distancia, no funciona bien y concluye que me fui
El MCU RP2040 de la Pi Pico también cuesta $1, así que es una época excelente para hacer hacks baratos
Hay más detalles en https://github.com/jdesbonnet/RCWL-0516
La mayoría de estos sensores baratos no me convencen mucho
A menudo no pueden distinguir entre una persona moviéndose, un ventilador girando y una cortina que se mueve con el viento
Se pueden configurar hasta cierto punto, pero no parece suficiente
Tal vez haya opciones más caras, pero esos productos suelen ser más cerrados o limitados
La función de Wiener es buena
También tuvo aplicaciones analógicas, y durante la Segunda Guerra Mundial fue ultrasecreta
Hoy se usa incluso en la comunicación entre celulares y eNodeB