Mit Arduino-kompatiblen Modulen Radarsensoren flexibel aufbauen

| Autor / Redakteur: Dr. Claus Kühnel* / Richard Oed

Die IP65-Radar-Basisplatine

Die Basisplatine des In-Circuit radino IP65-Radar muss nun die Verstärkung und Bandbegrenzung des Ausgangssignals des Radarsensors sowie die Mikrocontroller-Infrastruktur sicherstellen. Bild 10 zeigt das Baseboard mit einem aufgesteckten RSM 1650 Radarsensor. Um für den Außeneinsatz tauglich zu sein, wird das gesamte Modul in einem IP65-Gehäuse angeboten. Neben der Auswertung des Radarsignals sind vom eingesetzten Mikrocontroller noch eine Reihe von Peripheriefunktionen zu unterstützen, die im Anschlussschema in Bild 11 deutlich werden.

Eine Speicherkarte im SD Format bietet die Möglichkeit, erfasste Daten auch lokal zwischenzuspeichern und so bei unterbrochener Drahtlos-Kommunikation vor Verlust zu sichern. Über eine RS485-Schnittstelle kann das Radarsystem die erfassten Daten drahtgebunden versenden oder Steuerkommandos entgegennehmen. Mit Hilfe des auf der Basisplatine befindlichen Relais lassen sich externe Schaltvorgänge auslösen. Die beiden LEDs dienen im Wesentlichen als Hilfe bei der Inbetriebnahme.

Zur Inbetriebnahme kann das Programm SpeedRadar.ino verwendet, welches mit Ausnahme der SD Card alle Funktionen des In-Circuit radino IP65-Radars aufruft. Dieses Programm steht neben anderen Testprogrammen auf GitHub zum Download zur Verfügung: https://github.com/ckuehnel/radino/tree/master/radino32/radar.

Eine Geschwindigkeitsmessung wird dann als gültig angesehen, wenn eine bestimmte Anzahl von Messwerten (MIN_VALID_MEASURES) über der minimalen zu erfassenden Geschwindigkeit (MIN_SPEED) liegt. Beide Werte lassen sich im Testprogramm über entsprechende #define-Direktiven einstellen. Das ist sicher eine recht grobe Methode, die durch eine Mittelwertbildung und Überwachung eines Toleranzbandes verbessert werden kann. Bild 12 zeigt die Ausgaben des Programms über die Konsole mit dem Monitor der Arduino-IDE (COM4) und über die RS485-Schnittstelle (COM5).

Modifikation des Funkprotokolls

Will man nun den im Wi-Fi-Bereich sendenden Radarsensor beispielsweise in einem Long-Range-(LoRa-)Netzwerk einsetzen, dann ist es möglich das radino32 WiFi durch ein radino32 SX1272 zu ersetzen.

Der den Sensor und die Peripherie betreffende Softwareteil kann jeweils übernommen werden. Der die Funkstrecke betreffende Teil ist spezifisch und muss deshalb angepasst werden. Implementierungsbeispiele sind aber vorhanden. Das folgende Anwendungsbeispiel zeigt eine solche anwendungsspezifische Anpassung.

Erfassung von Verkehrsdaten – ein Anwendungsbeispiel

Für die Verkehrsplanung unerlässlich ist die Kenntnis der aktuellen Situation, auf die verändernd eingewirkt werden soll. Hierzu dienen unterschiedliche Sensoren, die unter anderem den Verkehrsfluss detektieren, Geschwindigkeiten messen und Fahrzeuge klassifizieren. Dem Verkehrsplaner werden damit Daten an die Hand gegeben, die in betreffende Statistiken einfließen können.

Auf der Basis moderner Radarsensoren und drahtloser Kommunikation ist es heute sehr einfach geworden, ein Netzwerk aus stationären Radarsensoren zu errichten, das die Verkehrssituation neuralgischer Punkte einer Ortschaft erfassen und per Funk einer zentralen Auswertung zugänglich machen kann. Bild 13 zeigt eine solche Situation.

An drei Punkten sind hier Radarsensoren platziert, die das Verkehrsaufkommen erfassen. Diese Sensoren senden die mit einem Zeitstempel versehenen Daten über drahtlose Kommunikation (Long Range Wide Area Network / LoRaWAN) an ein LoRaWAN-Gateway, welches die Daten einem Computernetzwerk und, wenn gewünscht, im Internet zugänglich macht. Wie Bild 14 zeigt, zeichnet sich ein derartiger Radarsensor durch kompakte Bauweise aus und kann sehr einfach montiert werden.

RSM 1650 im Praxiseinsatz

Im vorangegangenen Abschnitt wurde der Einsatz des Radarsensors RSM 1650 im radino IP65-Radar betrachtet. Dass sich dieser Radarsensor im Praxiseinsatz behaupten kann, zeigt unter anderem der Geschwindigkeitssensor Speed Wedge für Fahrzeuge von MSO Messtechnik und Ortung aus Bad Münstereifel-Schönau [3].

Den technischen Daten in [3] kann man entnehmen, dass Speed Wedge über zwei Radar-Frontends mit planaren Antennen verfügt, die nach vorne und hinten gerichtet sind (Janus-Konfiguration) und gegen den Boden messen. Die Fahrgeschwindigkeit wird berührungslos und somit unbeeinflusst durch Rad-/Antriebsschlupf, effektivem Radumfang und Einsinkung (Off-Highway) gemessen. Der im Bild 15 gezeigte kompakte Sensor ist durch den Einbau in ein robustes und vollständig gekapseltes Gehäuse für harte Umweltbedingungen geeignet.

Im vorliegenden Beitrag wurde gezeigt, wie durch den Einsatz der radino Funkmodule IoT Devices oder andere Baugruppen baukastenartig mit unterschiedlichen Funkschnittstellen ausgerüstet werden können. Diese Art der Modularisierung ist eine effektive Möglichkeit, unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

Referenzen

[1] radino IP65-Radar

https://shop.in-circuit.de/product_info.php?products_id=249

[2] Datenblatt Radar Bewegungsmelder Modul RADAR-IPM-165 B+B Thermo-Technik GmbH

https://shop.bb-sensors.com/out/media/Datenblatt_RADAR-IPM-165_DBD_Rev01.pdf

[3] Radarsensor Speed Wedge

http://www.mso-technik.de/mso-produkte/geschwindigkeitsmessung/speed-wedge-radar.html

* Dr. Claus Kühnel studierte und promovierte an der TU Dresden auf dem Gebiet der Informationselektronik und arbeitet derzeit als Consultant und Autor.

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