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24GHz 毫米波传感器 - 人体跌倒检测传感器(MR24FDB1)

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介绍​

毫米波雷达跌倒检测模块是一个独立的、隐私保护的、安全的毫米波模块，工作频率为24GHz。结合增强型英飞凌多普勒雷达和标准算法，该模块是老年人健康护理、智能家居和危险报警等个人应用的理想解决方案。

应用​

  • 跌倒检测
  • 智能家居
  • 健康护理

特性​

  • 可靠技术：英飞凌毫米波FMCW工业雷达
  • 工作原理：采用多普勒雷达技术，配合近距离传感器(NDS)，工作频率为24GHz
  • 标准算法：在自适应环境中区分有人/无人状态并识别人体活动
  • 单一跌倒检测：在高达20平方米的区域内同时检测、隐私保护、无线、免穿戴地检测疑似跌倒/快速跌倒/异常长时间停留
  • 完美隐私保护：提供监控功能而无需身份识别
  • 灵活安装位置：无论遮挡物阻挡都能正常工作
  • 无害工作状态：输出10 dBm无害能量功率
  • 高精度：减少非生物物体的干扰，输出结果准确率超过95%
  • 高鲁棒性：在包含不同温度、湿度、噪音、气流、灰尘、光线等复杂环境中保持正常功能
  • 高性能天线：在扇形波束模式下感知微动，水平90°/垂直60°
  • 测量距离：
    • 运动感知最大距离：高达12米
    • 微动感知最大距离：高达5米
    • 人体感知最大距离：高达3米
  • 检测时间：
    • 无人到有人状态：0.5秒内
    • 有人到无人状态：1分钟以上
  • 可定制雷达：支持二次开发，包括雷达参数、协议、天线、功能

硬件概述​

  1. S1输出：高电平 - 有人，低电平 - 无人。
  2. S2输出：高电平 - 活跃，低电平 - 静止
  3. GP1到GP4是参数选择控制，可根据用户需求重新定义。
  4. 该接口的输出信号均为3.3V电平。
caution

产品功耗为500mW，不适合长期供电。

特征​

开始使用​

Arduino 库概述​

tip

如果这是您第一次使用 Arduino，我们强烈建议您参考 Arduino 入门指南。

本示例中使用的库代码可以通过点击下面的图标下载。

在我们开始开发代码之前，让我们先了解一下库的可用函数。

  • void recvRadarBytes() —— 此函数获取雷达返回的当前帧的长度。帧根据该长度存储在数组中。 输入参数： 无 返回值： 无

  • void Bodysign_judgment(byte inf[], float Move_min, float Move_max) —— 雷达返回的数据包含大量的物理数据。用户可以根据符号数据和函数提供的解码算法灵活调整检测到的运动信息。判断的内容将通过串口输出。 输入参数：

    • byte inf[] —— 雷达发送的数据帧。

    • float Move_min —— 确定用户处于静止或无人状态的阈值。

    • float Move_max —— 确定用户处于静止状态或有人运动状态的阈值。

      返回值： 无 关于符号参数的描述：理论上，符号参数的计算值范围从 0 到 100。当计算值为 0 时，表示在周围环境中没有检测到人。当计算值为 1 时，表示检测到环境被占用且处于静止状态。计算值为 2 到 100 表示检测到周围被占用且活跃。

  • void Situation_judgment(byte inf[]) —— 此函数根据雷达内部的算法检测人体是否正在接近或远离雷达所在位置，并判断人体的运动。此信息将通过串口输出。 输入参数：

    • byte inf[] —— 雷达发送的数据帧。

      返回值： 无

  • void Fall_inf(byte inf[]) —— 此函数完成对雷达返回的跌倒检测信息的解码，并通过串口打印雷达检测的结果。 输入参数：

    • byte inf[] —— 雷达发送的数据帧。

      返回值： 无

  • unsigned short int us_CalculateCrc16(unsigned char *lpuc_Frame, unsigned short int lus_Len) —— 此函数用于生成 CRC16 校验和。 输入参数：

    • unsigned char *lpuc_Frame —— 您要发送给雷达的数据帧（不包括最后的 2 字节校验和帧）。

    • unsigned short int lus_Len —— 您要发送给雷达的数据帧的长度。

      返回值： 2 字节整数类型校验位。

      返回值： 无

  • void SerialInit() —— 将雷达串口波特率设置为 9600。如果是 Seeeduino 板，将软串口设置为 RX: 2, TX: 3。 输入参数： 无 返回值： 无

安装​

步骤 1. 您需要安装 Arduino 软件。

步骤 2. 启动 Arduino 应用程序。

步骤 3. 选择您的开发板型号并将其添加到 Arduino IDE。

  • 如果您想在后续教程中使用 Seeeduino V4.2，请参考此教程完成添加。

  • 如果您想在后续教程中使用 Seeeduino XIAO，请参考此教程完成添加。

  • 如果您想在后续教程中使用 XIAO RP2040，请参考此教程完成添加。

  • 如果您想在后续教程中使用 XIAO BLE，请参考此教程完成添加。

步骤 4. 安装 Arduino 代码库。

首先从 GitHub 获取代码库并下载到您的本地计算机。

由于您已经下载了 zip 库，打开您的 Arduino IDE，点击 Sketch > Include Library > Add .ZIP Library。选择您刚刚下载的 zip 文件，如果库安装正确，您将在通知窗口中看到 Library added to your libraries。这意味着库已成功安装。

所需材料​

在完成以下示例之前，您需要准备以下材料。

24GHz 毫米波雷达传感器Seeed XIAO BLE nRF52840 Sense2mm 到 2.54mm 间距排线

步骤 1. 通过主板将设备连接到计算机。接线图如下表所示。

雷达传感器主板
5V-->5V
GND-->GND
RX-->D6
TX-->D7

步骤 2. 在 Arduino IDE 左上角的菜单栏中，选择工具，选择您正在使用的开发板类型，并选择相应的串口。

tip

如果您使用的是 MacOS，设备的串口名称通常以 /dev/cu.usbmodem xxx 开头，以设备名称结尾。如果您使用的是 Windows，设备的串口名称通常以 COM 开头，同样以设备名称结尾。

在这个示例中，我们将演示雷达如何与我们的热门产品 XIAO BLE 配合工作。

演示1 解码内置雷达算法数据输出环境状态​

雷达具有一套完整的内置算法，可以直接输出雷达判断获得的环境条件。本例程将描述如何通过代码直接通过串口打印出雷达检测到的环境条件。

本示例中的代码如下。

#include <falldetectionradar.h>

FallDetectionRadar radar;

void setup()
{
  radar.SerialInit();
  Serial.begin(9600);
  delay(1500);
  Serial.println("Readly");
}

void loop()
{
 radar.recvRadarBytes();                       //接收雷达数据并开始处理
 if (radar.newData == true) {                  //数据已接收并传输到新列表 dataMsg[]
    byte dataMsg[radar.dataLen+1] = {0x00};
    dataMsg[0] = 0x55;                         //添加帧头作为数组的第一个元素
    for (byte n = 0; n < radar.dataLen; n++)dataMsg[n+1] = radar.Msg[n];  //逐帧传输
    radar.newData = false;                     //保存完整的数据帧集
    
    //radar.ShowData(dataMsg);                 //串口打印一组接收到的数据帧
    radar.Fall_inf(dataMsg);                  //睡眠信息输出
  }
  
}

在 setup() 代码中，我们打开 XIAO BLE 上的 Serial 端口 和 Serial1 端口。Serial 用于数据打印，Serial1 用于 XIAO BLE 和雷达之间的通信。根据雷达的波特率，我们将两个串口的波特率都设置为 9600。准备就绪后，串口监视器将打印 Ready。

radar.Situation_judgment(dataMsg);

当完全获取到 dataMsg 列表时，它将作为 Situation_judgment() 函数的参数来完成环境监测数据的输出，输出结果将直接打印在串口监视器上。

上传程序。将串口监视器的波特率设置为 9600 应该会显示结果。输出应该类似于下图所示。

tip

如果打开串口监视器后没有看到数据，这可能是正常的。雷达数据的获取取决于雷达监测范围内人体运动的变化。只有当范围内人员的运动发生变化时，雷达才会发送数据，只有这时数据才会被打印出来。

如果您想查看雷达返回的数据，可以取消注释 radar.ShowData(dataMsg);，这将通过串口监视器输出接收到的完整数据帧集。

Demo2 使用特征参数分析获取人体运动​

在雷达返回的大量数据中，物理数据信息占据了大部分信息。有时，过度依赖雷达自身的算法在某些场景下可能产生不太令人满意的结果。那么，我们可以选择使用雷达返回的信息，根据实际应用场景进行适当的调整。

此示例中的代码如下。

//Physical_Parameters_Example.ino

#include <sleepbreathingradar.h>

SleepBreathingRadar radar;

void setup()
{
  radar.SerialInit();
  Serial.begin(9600);
  delay(1500);
  Serial.println("Readly");
}

void loop()
{
 radar.recvRadarBytes();                       //接收雷达数据并开始处理
 if (radar.newData == true) {                  //数据被接收并传输到新列表 dataMsg[]
    byte dataMsg[radar.dataLen+1] = {0x00};
    dataMsg[0] = 0x55;                         //添加帧头作为数组的第一个元素
    for (byte n = 0; n < radar.dataLen; n++)dataMsg[n+1] = radar.Msg[n];  //逐帧传输
    radar.newData = false;                     //保存完整的数据帧集
    
    //radar.ShowData(dataMsg);                 //串口打印接收到的一组数据帧
    radar.Bodysign_judgment(dataMsg, 1, 15); //使用符号参数输出人体运动
  }
}
radar.Bodysign_judgment(dataMsg, 1, 15);

一旦获得了 dataMsg 数组，我们可以将该数组的数据作为第一个参数传递给 Bodysign_judgment() 函数，该函数解析体征参数。

函数 Bodysign_judgment() 的第二个和第三个参数分别是判断无人和人体静止的临界值，以及人体静止和运动的临界值。

(1, 15) 意味着当计算出的体征值小于 1 时，输出环境中无人。当体征值大于或等于 1 且小于 15 时，输出当前环境中有人处于静止状态。当体征值大于或等于 35 时，输出环境中有人在移动。

上传程序。将串口监视器的波特率设置为 9600 应该会显示结果。输出应该类似于下图。

tip

输出数据帧后面的数值代表计算出的体征值。

演示 3 向雷达发送数据​

雷达为我们开放了大量的接口来获取信息以及设置雷达灵敏度或场景。本例程将指导用户如何使用用户手册向雷达发送数据消息来调整雷达参数或获取所需的数据信息。

步骤 1. 根据所需查询获取数据帧。

在资源区域下载用户手册，在第 8.2 章中，找到您需要查询或设置的帧内容，并整理它们。

在此示例中，假设您想查询雷达设备的 ID，您应该能够获得所需的功能码、地址码 1 和地址码 2。

步骤 2. 在 Arduino IDE 中打开示例代码。

此示例中的代码如下。

//CRC_Checksum_Generation.ino

#include <sleepbreathingradar.h>

SleepBreathingRadar radar;
char buff[30];

void setup()
{
  radar.SerialInit();
  Serial.begin(9600);
  delay(1500);
  Serial.println("Readly");
}

void loop()
{
  //Please fill in the data frame you want to set according to the datasheet(Excluding 2 Byte checksum frames)
  unsigned char data[] = {0x55, 0x08, 0x00, 0x05, 0x01, 0x04, 0x03};
  
  unsigned int length = sizeof(data)/sizeof(unsigned char);
  unsigned char datas[length + 2];
  for (int n = 0; n < length; n++)datas[n] = data[n];
  unsigned short int crc_data = radar.us_CalculateCrc16(data, length);
  sprintf(buff, "The CRC16 values is: %04x", crc_data);
  Serial.println(buff);
  datas[length] = (crc_data & 0xff00) >> 8;
  datas[length+1] = crc_data & 0xff;
  Serial.print("The datas send to the radar: ");
  for (int n = 0; n < length + 2; n++){
    char buffsend[1];
    sprintf(buffsend, "0x%02x ", datas[n]);
    Serial.print(buffsend);
  }
  Serial.println();
  delay(6000);
}

步骤 3. 修改数据帧的内容以生成发送到雷达的完整数据帧。

我们需要修改的是循环中的 data[] 数组。

//Please fill in the data frame you want to set according to the datasheet(Excluding 2 Byte checksum frames)
unsigned char data[] = {0x55, 0x08, 0x00, 0x05, 0x01, 0x04, 0x03};

我们需要修改的地方是第二个元素、第四个到最后一个元素。帧头 0x55 是固定的，不需要修改。第二帧是长度帧，请根据您发送的数据长度进行修改。第三帧固定为 0x00。第四帧是功能码，第五帧是地址码1，以此类推。

tip

关于长度帧计算方法： 长度 = 数据长度 + 功能码 + 地址码1 + 地址码2 + 数据 + 校验和。（不计算帧头）

有关帧格式和规则的更多信息，请参阅用户手册第8章。

上传程序。将串口监视器的波特率设置为9600应该会显示结果。输出应该类似于下图。

需要发送到雷达的完整数据将显示在串口监视器中。

其他方法

如果您不想使用任何主控来生成完整的数据帧，您也可以将下面的代码粘贴到可以运行C程序的编辑器中。按照上述步骤，将数组数据填入您的帧内容。

#include <stdio.h>

const unsigned char cuc_CRCHi[256]= {
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
};

const unsigned char  cuc_CRCLo[256]= {
  0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7,
  0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E,
  0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9,
  0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC,
  0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
  0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32,
  0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D,
  0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38,
  0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF,
  0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
  0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1,
  0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4,
  0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB,
  0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA,
  0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
  0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0,
  0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97,
  0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E,
  0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89,
  0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
  0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83,
  0x41, 0x81, 0x80, 0x40
};

static unsigned short int us_CalculateCrc16(unsigned char *lpuc_Frame, unsigned short int lus_Len){
  unsigned char luc_CRCHi = 0xFF;
  unsigned char luc_CRCLo = 0xFF;
  int li_Index=0;
  while(lus_Len--){
    li_Index = luc_CRCLo ^ *( lpuc_Frame++);
    luc_CRCLo = (unsigned char)( luc_CRCHi ^ cuc_CRCHi[li_Index]);
    luc_CRCHi = cuc_CRCLo[li_Index];
  }
  return (unsigned short int )(luc_CRCLo << 8 | luc_CRCHi);
}

int main() {
    //请根据数据手册填入您要设置的数据帧（不包括2字节校验帧）
    unsigned char data[] = {0x55, 0x07, 0x00, 0x01, 0x01, 0x01};

    unsigned short int crc_data = 0x0000;
    unsigned int length = sizeof(data)/sizeof(unsigned char);
    unsigned char datas[length + 2];
    for (int n = 0; n < length; n++)datas[n] = data[n];
    printf("数据帧长度为：%d\n", length);
    crc_data = us_CalculateCrc16(data, length);
    datas[length] = (crc_data & 0xff00) >> 8;
    datas[length+1] = crc_data & 0xff;
    printf("最后两位CRC校验位为：%04x\n", crc_data);
    printf("发送给雷达的数据：");
    for (int n = 0; n < length + 2; n++){
        printf("0x%02x ", datas[n]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

编辑器执行后，还可以输出需要发送到雷达的完整数据帧。

步骤 4. 向雷达发送数据帧。

通过 UART 转 USB 设备 将雷达直接连接到计算机的 USB 端口。接线如下表所示。

雷达传感器主板
5V-->5V
GND-->GND
RX-->TX
TX-->RX

使用串口调试助手等软件选择雷达所在的串口。

caution

24GHz 雷达需要 5V 电源供电，否则雷达可能无法正常工作。

连接成功后，您将看到雷达发送稳定的消息流。

将我们在步骤3中获得的完整数据帧粘贴到软件的发送区域。然后点击发送。

您可以查找第三个元素为 0x03 的返回数据组。这组数据是查询后获得的信息。如果您发送调整雷达参数的数据，它也会返回此类信息。

caution

如果您选择 ASCII 作为发送数据的格式，每个数据组都需要加上前缀 0x。如果您选择 HEX，则每组数据不需要加上前缀 0x。

故障排除​

FAQ1: 如何将代码应用到 Seeeduino（或 Arduino）？

由于硬件设计不同，XIAO 系列或 Wio Terminal 的串口命名为 Serial1，而 Seeeduino 或 Arduino 需要使用软串口。如果您想在 Seeeduino 上使用雷达，可以更改软串口或使用引脚 2 (RX) 和 3 (TX)。

FAQ2: 如果 XIAO BLE 和雷达长时间收集数据后无法上传代码该怎么办？

此时，您可以用手指轻按 XIAO BLE 顶部的复位按钮来重新上传程序运行。

资源​

技术支持与产品讨论​

感谢您选择我们的产品！我们在这里为您提供不同的支持，以确保您使用我们产品的体验尽可能顺畅。我们提供多种沟通渠道，以满足不同的偏好和需求。

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