Новые радарные датчики присутствия от Hi-Link: HLK-Ld2411, HLK-LD2411s, HLK-LD2450

Я приветствую всех любителей электронных средств радиообнаружения! Сегодня у нас на обзоре сразу три радарных датчика присутствия от Hi-Link. Датчик присутствия HLK-LD2410 оказался действительно удачным: при низкой стоимости, он обладает рядом интересных особенностей и по праву вызвал большой интерес. В этом обзоре мы познакомимся с датчиками HLK-LD2411, HLK-LD2411s, HLK-LD2450, которые являются по своей сути радарными модулями с линейной частотной модуляцией (FMCW), работающими на частоте 24 ГГц. Если интересно, прошу под кат.


HLK-LD2411, HLK-LD2411s аппаратно идентичны и построены на той же элементной базе, что и рассмотренный ранее HLK-LD2410. В качестве управляющего контроллера используется 8P0K234, реализующий обработку сигнала и обеспечивающий работу датчика с внешними устройствами, в том числе по интерфейсу Bluetooth. За радиочастотную часть отвечает S3KM111L. В отличие от HLK-LD2410 HLK-LD2411 и HLK-LD2411s имеют больше патч-антенн, что, очевидно, обеспечивает большую точность определения расстояния.
Датчики имеют размер 27 на 27 мм, для связи с внешним микроконтроллером используется также UART, в данных датчиках используется пятипиновый разъем с шагом 1,25 мм, кабель с соответствующим коннектором поставляется вместе с датчиками. Антенна Bluetooth как и в HLK-LD2420 выполнена в SMD исполнении. Многие пользователи отмечали слабый сигнал и в данном случае очевидно ситуация такая же. На платах обоих датчиков есть площадка для установки разъема MicroUSB, который не распаян.
Внешне датчики никак не отличаются и даже название у обоих HLK-LD2411, что может ввести в заблуждение. Главное отличие состоит в прошивке: HLK-LD2411s предназначен для точного определения расстоянии, он способен определять присутствие человека в диапазоне от 0,3 до 6 м с точностью до 5см, HLK-LD2411 реализует распознавание жестов, на странице товара описано применение его для управления сиденьем унитаза, я не знаю, для кого это актуально, но его можно использовать и для других целей, например управления освещением или климатической техникой.

HLK-LD2411 распознает жесты в диапазоне до 1 метра и определяет направление движения в диапазоне от 10 см до 2 метров. Насколько я понял из описания, сенсор способен определять жест взмаха. Необходимо сначала сделать несколько взмахов снизу вверх, затем сверху вниз. Жесты необходимо выполнять на расстоянии от 0,5 до 1 м до сенсора. Когда жест распознан, вывод OUT модуля будет выдавать высокий уровень в течение примерно 1–2 с или около того. Необходимо подождать 1–2 секунды, прежде чем можно будет выполнять следующий жест.

HLK-LD2411 также может определять направление движения. При приближении к сенсору перпендикулярно к нему, при достижении нижнего порогового расстояния, устанавливается высокий уровень на выходе RX и низкий уровень TX длительностью около 1–2 с. При отдалении о сенсора после достижения верхнего порогового значения на выходе TX выводится высокий уровень, а на RX низкий уровень в течение примерно 1–2 с.
Пороговые значения можно изменить через мобильное приложение. Таким образом, можно реализовать управление устройствами в тех случаях, где нет необходимости получать точное значение расстояния, а необходимо лишь направление движения. Максимальный верхний предел равен 210 см, минимальный нижний предел — 10 см. верхний предел должен быть больше нижнего предела на 10 см.
В мобильном приложении для HLK-LD2411 также отображаются события: приближение или удаление от сенсора. Отдельного приложения для компьютера для HLK-LD2411 нет.
HLK-LD2411s способен непосредственно определять расстояние до объекта и детектировать как движущиеся так и неподвижные объекты, аналогично HLK-LD2410. Он способен детектировать неподвижные объекты в диапазоне от 0,3 до 3,5 м, движущиеся на расстоянии до 6 метров, точность определения расстояния составляет +-5 см в диапазоне от 0,3 до 3,5 м и +-5% в диапазоне от 3,5 до 6 м. При обнаружении присутствия человека выход OUT принимает высокий уровень. HLK-LD2411s можно было бы рассматривать как более точную альтернативу сенсору HLK-LD2410, если бы не одно но: в текущей версии прошивки нет возможности задавать порог сигнала для срабатывания. Потребление энергии у этого сенсора несколько ниже и составляет в среднем 48 мА, против 70 мА у HLK-LD2410, частота передачи данных составляет 20 Гц.
В мобильном приложении для версии HLK-LD2411s выводится индикатор неподвижного или подвижного объекта и расстояние до него.
Также для HLK-LD2411s есть отдельное приложение для компьютера, в котором помимо визуализации данных с датчика есть возможность задания некоторых параметров конфигурации, а именно диапазонов обнаружения неподвижных и движущихся объектов, а также частоты передачи данных.
HLK-LD2411, HLK-LD2411s как и HLK-LD2410 имеют датчик освещенности, но в текущей прошивке данные с него не выводятся.
Самым же интересным для меня является третий датчик – HLK-LD2450. В отличие от HLK-LD2410 и HLK-LD2411 он имеет одну передающую антенну и две приемные, что позволяет определять не только расстояние до цели, но и азимут направления на цель.
HLK-LD2450 способен отслеживать в реальном времени перемещение до 3 объектов в диапазоне до 6 м. Угол обзора датчика по горизонтали составляет 120 градусов. Датчик имеет размеры 15 на 44 мм. Для связи с внешним контроллером используется также интерфейс UART, который физически реализован через разъем ZH 4P с шагом 1.5 мм. Кабель с разъемом должен быть в комплекте, в моем случае его не оказалось. Также есть возможность подключения через гребенку с шагом 2 мм, на которую помимо UART выведены, очевидно, контакты для пошивки самого датчика. В данном датчике используется внешняя антенна Bluetooth, которая поставляется вместе с ним. Правда в текущей прошивке есть возможность только обновления по Bluetooth.
HLK-LD2450 построен на S5KM312CL и 8P19358-56C8, первый отвечает за радиочастотную часть, второй за обработку сигнала и обмен данными с внешними устройствами и реализацию интерфейса Bluetooth.
S5KM312CL это, если можно так сказать, старший брат S3KM111L. S5KM312CL имеет два встроенных канала RX для 2D-позиционирования. Он может обеспечивать широкую полосу пропускания линейной частотной модуляции до 4 ГГц для приложений с высоким разрешением.
Есть возможность каскадирования нескольких чипов для расширения количества каналов, что реализовано в модуле HLK-LD2461. S5KM312CL имеет встроенный модуль ФАПЧ, приемный, передающий каналы, АЦП, а также встроенный ускоритель DSP, минимизирующий ресурсы внешней обработки. Также имеется встроенный модуль управления питанием, поддерживающий одиночный источник питания 3,3 В. Доступны различные периферийные интерфейсы, включая I2C, SPI, UART и т. д.

Информации о 8P19358-56C8, как и о его предшественнике, найти не удалось.
Напряжение питания HLK-LD2450 составляет 5 вольт, максимальное потребление до 200 мА, в среднем – 120 мА. Логический уровень интерфейса UART – 3.3 вольта, скорость по умолчанию 256000 бод в секунду.

Датчик необходимо устанавливать вертикально, оптимальная высота установки около 1,5 м. Судя по диаграмме направленности угол обзора по горизонтали составляет 90 градусов, а не 120, как заявлено.

Датчик можно устанавливать в диэлектрический корпус, при этом следует учитывать влиянием материала корпуса на возможное искажение сигнала, подробно это описано в даташите.
Датчик передает данные о расстоянии до цели, ее координатах и скорости. Пакет данных состоит из 30 байт, 4 байта заголовка, 2 байта окончания пакета и по 8 байт данных на каждый объект. Частота передачи данных составляет 10 Гц.

В отличие от других датчиков данной линейки HLK-LD2450 не имеет логического выхода для непосредственного управления внешней нагрузкой. HLK-LD2450 можно также использовать для управления освещением, например, реализовать освещение по зонам, или для управления климатической техникой, кондиционерами, вентиляторами и прочим.

Как я уже сказал, в мобильном приложении есть возможность только обновления прошивки. Кстати, само мобильное приложение постоянно обновляется и теперь, как вы могли заметить, имеет интерфейс на английском языке.
Приложение для компьютера для работы с HLK-LD2450 представляет простой графический интерфейс для визуализации объектов, обнаруживаемых сенсором. Можно выбрать режим работы: визуализация 1-го объекта или 3-х. Есть возможность задать область обнаружения, а также записать и воспроизвести перемещение объектов.
Датчик уверенно обнаруживает людей во всем заявленном диапазоне и достаточно точно отслеживает их перемещение. Если установить его почти на уровне пола, то можно отслеживать и котов. Через бетонную стену датчик не обнаруживает движения людей, так что следить за перемещением соседей не получится.

Итак, время протестировать все датчики в реальных условиях и ответить на некоторые вопросы.
Для теста HLK-LD2411 я собрал схему управления светодиодной лентой.
Управление лентой реализовано с помощью жестов. Распознавание работает достаточно уверенно в диапазоне от 0,5 до 1 м. Из описания не совсем понятно, сколько взмахов необходимо для срабатывания сенсора: он иногда срабатывает от 3х а иногда от 4-х взмахов. В целом можно привыкнуть, но другое неудобство заключается в том, выход датчика принимает высокий уровень всего на 1 секунду, то есть работает не как ключ, а как кнопка без фиксации, и необходима дополнительная схема управления, которая будет включать и выключать нагрузку при каждом срабатывании. При подключении нагрузки к выводам TX или RX она будет включаться при приближении или удалении от сенсора соответственно.

Для теста HLK-LD2411s я использовал ленту из адресных светодиодов, которая позволяет наглядно продемонстрировать возможности датчика по измерению расстояния.
Сначала я попытался подключить датчик к ESP8266 и заставить его работать через программный сериал, но как я не старался, он не заработал. Позже, в описании библиотеки для сенсора HLK-LD2410 я обнаружил пояснение, что для работы необходим аппаратный UART. Можно использовать ESP32, где есть несколько UART интерфейсов или, например, Arduino Leonardo и Arduino ProMicro, где UART не используется для общения с компьютером и прошивки микроконтроллера. У меня как раз была свободная Arduino ProMicro. Я предполагаю, что программный сериал не работает на скорости 256000 бод в секунду, которая по умолчанию установлена для датчика. Можно попробовать, задать скорость ниже и проверить, но я его не делал. Я подключил HLK-LD2411s к Arduino ProMicro по следующей схеме, и он сразу заработал.
Проверив работоспособность путем вывода значения расстояния до объекта в ком-порт, я добавил в схему ленту на адресных светодиодах. При питании ардуино от повербанка, а ленты от компьютерного блока питания, схема никак не работала. Когда все подключил к блоку питания, стало работать нормально. Работает достаточно хорошо и очень наглядно. Детектирует как людей, так и кошек. Код проекта.

Наконец для теста HLK-LD2450 я реализовал некий прототип самонаводящегося вентилятора Алекса Гайвера. HLK-LD2450 по умолчанию также работает на скорости 256000 бод в секунду, поэтому я сразу подключил его к той же Arduino ProMicro.
Это всего лишь прототип, работает он не очень хорошо, как и выглядит, и есть множество моментов, которые нужно доработать. На толстого кота, кстати, тоже иногда срабатывает. Для тех, кто захочет повторить и доработать проект, код его доступен на гитхаб.

Видео-обзор и демонстрация работы датчиков

Что касается вопросов.

Датчики друг на друга никак не реагируют. По крайней мере, мне не удалось зафиксировать влияния их друг на друга. На движение деревьев ни один из датчиков не сработал. К сожалению, снова наступила осень зима и листьев на деревьях нет, возможно, при движении листвы результат был бы другим. А в целом на открытом пространстве датчики работают нормально.

Итак, резюмирую. Все датчики отлично работают и их характеристики соответствуют заявленным. Информации достаточно для начала работы.

HLK-LD2411 и HLK-LD2411s аппаратно не отличаются, и путем обновления прошивки, вероятно, один можно превратить в другой. Сценарий использования HLK-LD2411 для управления сиденьем унитаза я думаю, актуален для немногих, для управления же, например, светом удобнее просто использовать факт присутствия без дополнительных действий, жестов и тому подобное.

HLK-LD2411s можно рассматривать как замену HLK-LD2410, но с некоторыми ограничениями, возможно, в будущем прошивка обновится и его функционал станет аналогичен HLK-LD2410.
Наконец недостатком HLK-LD2450, на мой взгляд, является отсутствие логического выхода для непосредственного управления нагрузкой. По аналогии с HLK-LD2410 можно было бы реализовать настройку срабатывания датчика при нахождении объекта в пределах определенного сектора обнаружения. Но есть как открытые проекты, например, SCREEK так и закрытые — Everything Presence Lite на основе ESP32 и датчика HLK-LD2450, реализующие его интеграцию с систему умного дома Home Assistant и, в том числе различные сценарии работы. Для HLK-LD2411 и HLK-LD2411s также есть интеграции в Home Assistant. Я, к сожалению, до сих пор с Home Assistant не знаком, поэтому детально рассказать об этом не могу.

Стоимость HLK-LD2411 и HLK-LD2411s составляет порядка 3 долларов, HLK-LD2450 – 6.
Несмотря на некоторые недостатки, все сенсоры определенно заслуживают внимания, и, я думаю, найдут применение в различных сценариях.

Информация и ПО для работы с датчиками.

Я поздравляю всех читателей и писателей PlusPda с новым годом! Желаю мира и добра! Пусть в ваших семьях царит любовь, а любимое занятие приносит удовольствие и позволяет отвлечься от происходящего вокруг. В новом году будет много интересных новинок из мира электроники. До новых встреч!