24GHz mmWave 人体静的存在センサー

note

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https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

24GHz mmWave センサー - 人体静的存在モジュール (MR24HPB1)

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はじめに

人体静的存在レーダーセンサーは、24GHzで動作する自己完結型でプライバシー保護、安全なmmWaveモジュールです。強化されたInfineonドップラーレーダーと標準アルゴリズムを備えたこのモジュールは、スマートホーム、スマートホテル、危険警報などの個別アプリケーションに最適なソリューションです。

アプリケーション

スマートホーム

特徴

信頼性の高い技術: Infineon mmWave FMCW産業用レーダー
有効な理論: 24GHzで動作する近距離センサー(NDS)を使用したドップラーレーダー技術を適用
標準アルゴリズム: 占有/非占有状態を区別し、自己適応環境での人間の活動を識別
完璧なプライバシー保護: 識別なしで監視機能を提供
柔軟な設置場所: 遮蔽物があっても正常に動作
無害な動作状態: 10 dBmの無害なエネルギー出力
高精度: 非生物的な物体の干渉を減らし、出力結果の精度が95%以上を達成
高い堅牢性: 温度、湿度、ノイズ、気流、ほこり、光などの異なる環境条件下でも正常に動作
高性能アンテナ: 水平方90°/垂直60°のファンビームパターンで微小な動きも感知
測定距離:
- 動き感知最大距離: 最大12メートル
- 微動感知最大距離: 最大5メートル
- 身体感知最大距離: 最大3メートル
検出時間:
- 非占有から占有状態: 0.5秒以内
- 占有から非占有状態: 1分以上
カスタマイズ可能なレーダー: レーダーパラメータ、プロトコル、アンテナ、機能を含む二次開発をサポート

ハードウェア概要

S1出力: 高レベル - 占有、低レベル - 非占有。
S2出力: 高レベル - 活動中、低レベル - 静止中。
GP1からGP4はパラメータ選択コントロールで、ユーザーの要件に応じて再定義可能。
このインターフェースの出力信号はすべて3.3Vレベル。

caution

製品の消費電力は500mWであり、長期的な電源供給には適していません。

特性

始め方

Arduino ライブラリ概要

tip

Arduinoを初めて使用する場合は、Arduinoの始め方を参照することを強くお勧めします。

この例で使用されるライブラリコードは、以下のアイコンをクリックしてダウンロードできます。

スケッチの開発を始める前に、ライブラリの利用可能な関数を確認しましょう。

void recvRadarBytes() —— この関数は、レーダーから返される現在のフレームの長さを取得します。フレームはその長さに応じて配列に格納されます。 入力パラメータ: なし
戻り値: なし
void Bodysign_judgment(byte inf[], float Move_min, float Move_max) —— レーダーから返されるデータには大量の物理データが含まれています。ユーザーは、関数が提供するサインデータとデコードアルゴリズムに基づいて検出された動き情報を調整する柔軟性があります。判定内容はシリアルポートを介して出力されます。 入力パラメータ:
- byte inf[] —— レーダーから送信されるデータフレーム。
- float Move_min —— ユーザーが静止状態または非占有状態にあるかを判断する閾値。
- float Move_max —— ユーザーが静止状態または活動状態にあるかを判断する閾値。
  戻り値: なし
  サインパラメータの説明について: 理論的には、サインパラメータの計算値は0から100の範囲になります。計算値が0の場合、周囲環境に誰もいないことを意味します。計算値が1の場合、環境が占有されており静止状態であることを意味します。計算値が2から100の場合、周囲が占有されており活動中であることを意味します。
void Situation_judgment(byte inf[]) —— この関数は、レーダーの位置に向かって人間の身体が近づいているか、または遠ざかっているかを検出し、レーダー内部のアルゴリズムに基づいて人間の動きを判断します。この情報はシリアルポートを介して出力されます。 入力パラメータ:
- byte inf[] —— レーダーから送信されるデータフレーム。
  戻り値: なし
void Fall_inf(byte inf[]) —— この関数は、レーダーから返される転倒検出情報のデコードを完了し、レーダー検出結果をシリアルポートを介して出力します。 入力パラメータ:
- byte inf[] —— レーダーから送信されるデータフレーム。
  戻り値: なし
unsigned short int us_CalculateCrc16(unsigned char *lpuc_Frame, unsigned short int lus_Len) —— この関数はCRC16チェックサムを生成するために使用されます。 入力パラメータ:
- unsigned char *lpuc_Frame —— レーダーに送信したいデータフレーム（最終的な2バイトのチェックサムフレームを含まない）。
- unsigned short int lus_Len —— レーダーに送信したいデータフレームの長さ。

戻り値: 2 バイトの整数型チェックディジット。

戻り値: なし

void SerialInit() —— レーダーのシリアルポートのボーレートを9600に設定します。Seeeduinoボードの場合、ソフトシリアルポートをRX: 2、TX: 3に設定します。 入力パラメータ: なし
戻り値: なし

インストール

ステップ 1. Arduinoソフトウェアをインストールする必要があります。

ステップ 2. Arduinoアプリケーションを起動します。

ステップ 3. 開発ボードモデルを選択し、Arduino IDEに追加します。

Seeeduino V4.2 を後のルーチンで使用する場合は、このチュートリアルを参照して追加を完了してください。
Seeeduino XIAO を後のルーチンで使用する場合は、このチュートリアルを参照して追加を完了してください。
XIAO RP2040 を後のルーチンで使用する場合は、このチュートリアルを参照して追加を完了してください。
XIAO BLE を後のルーチンで使用する場合は、このチュートリアルを参照して追加を完了してください。

ステップ 4. Arduinoコードライブラリをインストールします。

まず、GitHubからコードベースを取得し、ローカルコンピュータにダウンロードします。

ZIPライブラリをダウンロードしたら、Arduino IDEを開き、スケッチ > ライブラリを含める > .ZIPライブラリを追加 をクリックします。ダウンロードしたZIPファイルを選択し、ライブラリが正しくインストールされると、通知ウィンドウに ライブラリがライブラリに追加されました と表示されます。これでライブラリが正常にインストールされたことを意味します。

必要な材料

以下の例を完了する前に、以下の材料を準備する必要があります。



24GHz mmWave Radar Sensor	Seeed XIAO BLE nRF52840 Sense	2mmから2.54mmピッチリボンケーブル

ステップ 1. メインボードを介してデバイスをコンピュータに接続します。配線図は以下の表に示されています。


レーダーセンサー		メインボード
5V	-->	5V
GND	-->	GND
RX	-->	D6
TX	-->	D7

ステップ 2. Arduino IDEの左上のメニューバーでツールを選択し、使用している開発ボードの種類を選択し、対応するシリアルポートを選択します。

tip

MacOSを使用している場合、デバイスのシリアルポート名は通常/dev/cu.usbmodem xxxで始まり、デバイス名で終わります。Windowsを使用している場合、デバイスのシリアルポート名は通常COMで始まり、デバイス名で終わります。

この例では、人気製品 XIAO BLE を使用してレーダーの動作をデモンストレーションします。

デモ1 特徴パラメータ分析を使用した人間の動作の取得

レーダーから返される大量のデータの中で、物理データに関する情報が大部分を占めています。時には、レーダー自身のアルゴリズムに過度に依存すると、特定のシナリオでは満足のいく結果が得られない場合があります。その場合、レーダーから返される情報を使用して、実際のアプリケーションシナリオに応じた適切な調整を行うことができます。

この例のコードは以下の通りです。

//Physical_Parameters_Example.ino

#include <sleepbreathingradar.h>

SleepBreathingRadar radar;

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

void loop()
{
 radar.recvRadarBytes();                       //レーダーデータを受信し、処理を開始
 if (radar.newData == true) {                  //データが受信され、新しいリストdataMsg[]に転送される
    byte dataMsg[radar.dataLen+1] = {0x00};
    dataMsg[0] = 0x55;                         //ヘッダーフレームを配列の最初の要素として追加
    for (byte n = 0; n < radar.dataLen; n++)dataMsg[n+1] = radar.Msg[n];  //フレームごとに転送
    radar.newData = false;                     //完全なデータフレームセットが保存される
    
    //radar.ShowData(dataMsg);                 //受信したデータフレームセットをシリアルポートに出力
    radar.Bodysign_judgment(dataMsg, 1, 15); //特徴パラメータを使用して人間の動作を出力
  }
}

radar.Bodysign_judgment(dataMsg, 1, 15);

dataMsg 配列が取得されたら、この配列のデータを Bodysign_judgment() 関数の最初の引数として渡すことができます。この関数はサインパラメータを解析します。

Bodysign_judgment() 関数の第2および第3引数は、それぞれ無人状態と静止している人体を判定するための閾値、および静止している人体と動いている人体を判定するための閾値です。

(1, 15) の意味は、計算された体のサイン値が1未満の場合、環境に誰もいないと出力します。体の値が1以上15未満の場合、現在の環境に静止状態の人がいると出力します。体のサイン値が35以上の場合、環境に動いている人がいると出力します。

プログラムをアップロードします。シリアルモニターを9600のボーレートで開くと結果が表示されるはずです。出力は以下の画像のようになります。

tip

出力データフレームに続く値は、計算されたサイン値を表します。

デモ 2 レーダーへのデータ送信

レーダーは、情報を取得したり、レーダーの感度やシーンを設定するための非常に多くのインターフェースを提供しています。このルーチンでは、ユーザーマニュアルを使用してレーダーにデータメッセージを送信し、レーダーのパラメータを調整したり、必要なデータ情報を取得する方法を説明します。

ステップ 1. 必要なクエリに基づいてデータフレームを取得します。

リソースエリアからユーザーマニュアルをダウンロードし、第8.2章でクエリまたは設定する必要があるフレームの内容を見つけ、それらを整理します。

この例では、レーダーデバイスのIDを調べたいと仮定します。必要な機能コード、アドレスコード1、およびアドレスコード2を取得する必要があります。

ステップ 2. Arduino IDEでサンプルコードを開きます。

この例のコードは以下の通りです。

//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()
{
  //データシートに従って設定したいデータフレームを記入してください（2バイトのチェックサムフレームを除く）
  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);
}

ステップ 3. データフレームの内容を変更して、レーダーに送信する完全なデータフレームを生成します。

変更する必要があるのは、ループ内の data[] 配列です。

//データシートに従って設定したいデータフレームを記入してください（2バイトのチェックサムフレームを除く）
unsigned char data[] = {0x55, 0x08, 0x00, 0x05, 0x01, 0x04, 0x03};

変更する必要があるのは、第2要素と第4要素から最後の要素までです。ヘッダーフレーム 0x55 は固定されており、変更する必要はありません。第2フレームは長さフレームであり、送信するデータの長さに応じて変更してください。第3フレームは固定で 0x00 です。第4フレームは機能コード、第5フレームはアドレスコード1、以下同様です。

tip

長さフレームの計算方法:
長さ = データ長 + 機能コード + アドレスコード1 + アドレスコード2 + データ + チェックサム。（ヘッダーフレームはカウントされません）

フレーム形式とルールの詳細については、ユーザーマニュアルの第8章を参照してください。

プログラムをアップロードします。シリアルモニターを9600のボーレートで開くと結果が表示されるはずです。出力は以下の画像のようになります。

レーダーに送信する必要がある完全なデータがシリアルモニターに表示されます。

その他の方法

マスターを使用せずに完全なデータフレームを生成したい場合は、以下のコードをCプログラムを実行できるエディタに貼り付けてください。上記の手順に従い、配列データにフレームの内容を記入してください。

#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() {
    //データシートに従って設定したいデータフレームを記入してください（2バイトのチェックサムフレームを除く）
    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("The data frame length is: %d\n", length);
    crc_data = us_CalculateCrc16(data, length);
    datas[length] = (crc_data & 0xff00) >> 8;
    datas[length+1] = crc_data & 0xff;
    printf("The last two CRC check digits are: %04x\n", crc_data);
    printf("The datas send to the radar: ");
    for (int n = 0; n < length + 2; n++){
        printf("0x%02x ", datas[n]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

エディタの実行後、レーダーに送信する必要がある完全なデータフレームを出力することも可能です。

ステップ 4. データフレームをレーダーに送信する。

レーダーを UART to USB デバイスを介してコンピュータの USB ポートに直接接続します。配線は以下の表に示されています。


レーダーセンサー		メインボード
5V	-->	5V
GND	-->	GND
RX	-->	TX
TX	-->	RX

シリアルデバッグアシスタントのようなソフトウェアを使用して、レーダーが接続されているシリアルポートを選択します。

caution

24GHz レーダーは 5V の電源供給が必要です。そうでない場合、レーダーが正常に動作しない可能性があります。

接続が成功すると、レーダーが一定のメッセージを送信し続けるのが確認できます。

ステップ 3 で取得した完全なデータフレームをソフトウェアの送信エリアに貼り付けます。その後、送信ボタンをクリックします。

返されるデータセットの中で、3番目の要素が 0x03 であるものを探してください。このデータセットはクエリ後に取得された情報です。レーダーのパラメータを調整するデータを送信した場合も、このような情報が返されます。

caution

データ送信形式として ASCII を選択した場合、各データセットには 0x を付ける必要があります。HEX を選択した場合は、各データセットに 0x を付ける必要はありません。

トラブルシューティング

FAQ1: Seeeduino（または Arduino）にコードを適用する方法は？

ハードウェア設計が異なるため、XIAO シリーズや Wio Terminal のシリアルポートは Serial1 と名付けられていますが、Seeeduino や Arduino ではソフトシリアルポートを使用する必要があります。Seeeduino でレーダーを使用したい場合は、ソフトシリアルポートを変更するか、ピン 2 (RX) と 3 (TX) を使用してください。

FAQ2: XIAO BLE とレーダーが長時間データを収集し、コードをアップロードできない場合はどうすればよいですか？

この場合、XIAO BLE の上部にあるリセットボタンを指で軽く押して、プログラムを再アップロードして実行してください。

リソース

[PDF] Human Presence User Manual
（人の存在検知に関するユーザーマニュアル）
[ZIP] 24GHz Respiratory schematic
（24GHz呼吸検知の回路図）
[PPTX] Seeed mmWave sensor series V2.0
（Seeed mmWaveセンサーシリーズ V2.0）

技術サポートと製品ディスカッション

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異なる好みやニーズに対応するため、複数のコミュニケーションチャネルをご用意しています。

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24GHz mmWave センサー - 人体静的存在モジュール (MR24HPB1)

はじめに​

アプリケーション​

特徴​

ハードウェア概要​

特性​

始め方​

Arduino ライブラリ概要​

インストール​

必要な材料​

デモ1 特徴パラメータ分析を使用した人間の動作の取得​

デモ 2 レーダーへのデータ送信​

トラブルシューティング​

リソース​

技術サポートと製品ディスカッション​

はじめに

アプリケーション

特徴

ハードウェア概要

特性

始め方

Arduino ライブラリ概要

インストール

必要な材料

デモ1 特徴パラメータ分析を使用した人間の動作の取得

デモ 2 レーダーへのデータ送信

トラブルシューティング

リソース

技術サポートと製品ディスカッション