【Arduino】108种传感器系列实验（119）---HB100多普勒雷达模块

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37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试做实验，不管成功与否，都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
实验一百一十九：HB100微波雷达感应模块 10.525GHz多普勒探测器探头传感器

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内部结构

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多普勒 （人物）
奥地利物理学家，数学家和天文学家多普勒，克里斯蒂安·安德烈亚斯(Doppler · Christian Andreas)1803年11月29日出生于奥地利的萨尔茨堡 (Salzburg)。1842年，他因文章 "On the Colored Light of Double Stars" 、“多普勒效应”(Doppler Effect)，而闻名于世。1853年3月17日，多普勒与世长辞。

一天，多普勒带着他的孩子沿着铁路旁边散步，一列火车从远处开来。多普勒注意到：火车在靠近他们时笛声越来越刺耳，然而就在火车通过他们身旁的一刹那，笛声声调突然变低了。随着火车的远去，笛声响度逐渐变弱，直到消失。这个平常的现象吸引了多普勒的注意，他思考：为什么笛声声调会变化呢？他抓住问题，潜心研究多年。通过研究他发现，当观察者与声源相对静止时，声源的频率不变；然而观察者与声源之间相对运动时，则听到的声源频率发生变化。最后他总结：观察者与声源的相对运动决定了观察者所收到的声源频率。多普勒不仅注重科学理论，而且善于运用实验去反复证明实验结论。多普勒的这一个重大发现，被人们称为“多普勒效应”，当时是将“多普勒效应”光学与声学联系起来的。在《论双星的色光》中，他从理论上论证了“多普勒效应”。多普勒还用此理论研究了光行差。

著名的多普勒效应首次出现在1842年发表的一篇论文上。多普勒推导出当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波频会改变。他试图用这个原理来解释双星的颜色变化。虽然多普勒误将光波当作纵波，但多普勒效应这个结论却是正确的。多普勒效应对双星的颜色只有些微的影响，在那个时代，根本没有仪器能够量度出那些变化。不过，从1845年开始，便有人利用声波来进行实验。他们让一些乐手在火车上奏出乐音，请另一些乐手在月台上写下火车逐渐接近和离开时听到的音高。实验结果支持多普勒效应的存在。多普勒效应有很多应用，例如天文学家观察到遥远星体光谱的红移现象，可以计算出星体与地球的相对速度；警方可用雷达侦测车速等。

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多普勒效应原理
多普勒效应指出，波在波源移向观察者接近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证，几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为u，观察者移动速度为v（以下分析方法不适用于光波）：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（u+v）/λ，反之则观察到的波源频率为（u-v）/λ。

一个常被使用的例子是火车的汽笛声，当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。产生原因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小。

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多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括电磁波。科学家爱德文·哈勃（Edwin Hubble）使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低，即移向光谱的红端，称为红移，天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系。反之，如果天体正移向银河系，则光线会发生蓝移。

在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。

在单色的情况下，我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率，或者解释为，在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可见区域，这种频率越低，就越趋向于红色，而频率越高的，就趋向于蓝,紫色。比如，由氦——氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×10^14赫兹，而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14赫兹以上。这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率（高频声音尖厉，低频声音低沉）。

如果波源是固定不动的，不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏相同：发射频率等于接收频率。如果波源相对于接收者来说是移动的，比如相互远离，那么情况就不一样了。相对于接收者来说，波源产生的两个波峰之间的距离拉长了，因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了。那么到达接收者时频率降低，所感知的颜色向红色移动（如果波源向接收者靠近，情况则相反）。为了让读者对这个效应的影响大小有个概念，在显示了多普勒频移，近似给出了一个正在远离的光源在相对速度变化时所接收到的频率。例如，在上面提到的氦——氖激光的红色谱线，当波源的速度相当于光速的一半时，接收到的频率由4.74×10^14赫兹下降到2.37×10^14赫兹，这个数值大幅度地降移到红外线的频段。

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采用10.525GHz的微波与采用较低频段波相比有以下优点：1、微波天线发射时具有良好的定向性，因此很容易控制微波探头的作用范围。2、微波在传输过程中较易被衰减、吸收和反射，遇到墙壁等遮挡物时会被遮挡，因此墙壁等遮挡物外的物体对其干扰很小。

供电：给HB100供电有连续直流供电（CW）模式和脉动供电（PW）模式两种：HB100适应电压范围为5V±5％。在连续直流供电（CW）模式下工作时典型电流为35mA（典型值）。在低占空比脉冲供电(PW)模式下工作时，推荐给HB100提供5V、脉冲的宽度在5μs～30μs之间（典型值为20μs）、频率为2～4kHz（典型值为2.0kHz）的脉冲供电。3～10％的占空比脉冲供电时平均电流为1.2mA～4mA。脉冲供电电压必须在4.75V～5.25V之间，脉冲顶端的平坦度会影响HB100的探测能力。电源电压超过5.25V时，它的可靠性会降低，并可能导致标称频率外的射频输出和该电路永久性损坏。

射频输出：在所有推荐工作模式下，HB100的射频功率输出是非常低的，均在对人体构不成任何危害的安全范围内工作。在连续直流供电（CW）模式下工作时，总输出功率小于15mW。输出功率密度在5mm处为1mW/cm<span style="top: -4.0pt;">2</span>，1m处为0.72μW/cm<span style="top: -4.0pt;">2</span>。当在5％占空比的脉冲供电模式工作时，功率密度分别减少到50μW/cm<span style="top: -4.0pt;">2</span>和0.036μW/cm<span style="top: -4.0pt;">2</span>。

IF输出：当物体在HB100的有效探测范围内以1m/s的速度相对于HB100的天线面（非铝质屏蔽罩的那一面为天线面）做径向移动时，HB100的IF输出为72Hz/ s，IF的脉动输出频率与物体相对径向移动速度成近似线性关系。IF的输出幅度与物体的大小、距离有关，当一个体重70kg、身高170cm的测试者在距离HB100 1m处以1m/s的速度相对于HB100做径向移动时，IF的输出为5mV、72Hz/s脉动信号，IF的输出幅度与距离的平方成近似反比关系。

注意：
1.探测范围取决于目标的反射度和大小以及信噪比。
2.10.525GHz下的多普勒速度为31Hz/m.p.h
3.安装模块必须使其天线面（非铝质屏蔽罩的那一面为天线面）向着被检测区域，用户也可以自行调整方向，以达到最佳的覆盖区域.

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模块电原理图

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发射:
1发射频率 :                       10.525 GHz
2频率设置精度 :                   3MHz
3输出功率(最小):                   13dBm EIRP
4工作电压 :                       5V±0.25V
5工作电流(CW):                    60mA max., 37mA typical
6谐波发射:                        ＜-10dBm
7脉冲工作模式:
8平均电流 (5％DC) :                2mA typ.
9脉冲宽度(Min.):                   5uSec
10负载循环(Min.):                    1％

接收:
1灵敏度(10dB S/N ratio)3Hz至80Hz 带宽:   -86dBm
3Hz至80Hz带宽杂波                   10uV
2天线增益:                             8dBi
3垂直面3dB波束宽度:                   36度
4水平面 3dB 波束宽度:                  72度
5重量:                                 8 克
6规格:                               37×45×8mm

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1. /*
   
2. 【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
   
3. 实验一百一十九：HB100微波雷达感应模块 10.525GHz多普勒探测器探头传感器
   
4. 项目：测试HB100模块
   
5. */
   
6. 
   
7. int analogPin = 3;
   
8. float sensorValue;
   
9. int val;
   
10. void setup() {
    
11. Serial.begin(9600);
    
12.              }
    
13. 
    
14. void loop() {  
    
15. sensorValue = analogRead(analogPin);
    
16. Serial.println();
    
17. Serial.println(sensorValue);
    
18. val= map(sensorValue,0,1023,0,99);
    
19. Serial.println(val);
    
20. sensorValue=0;
    
21. delay(100);
    
22.              }

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1. /*
   
2. 【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）
   
3. 实验一百一十九：HB100微波雷达感应模块 10.525GHz多普勒探测器探头传感器
   
4. 项目：测试HB100模块,输入改为模拟口A0
   
5. */
   
6. 
   
7. int analogPin = A0;
   
8. float sensorValue;
   
9. int val;
   
10. 
    
11. void setup() {
    
12. Serial.begin(9600);
    
13.              }
    
14. 
    
15. void loop() {  
    
16. sensorValue = analogRead(analogPin);
    
17. Serial.println();
    
18. Serial.println(sensorValue);
    
19. val= map(sensorValue,0,1023,0,99);
    
20. Serial.println(val);
    
21. sensorValue=0;
    
22. delay(100);
    
23.              }

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测试情况，把输入改为模拟口A0，接收的信号非常弱（还有一种可能就是这模块坏的）