B105 Radar Sensor Developments: Hardware

YetiRadar

 

Low-cost radar transceivers such as RFbeam ones allows using radar sensors in several applications where cost is an important constraint. However they need a hardware platform to work properly. Therefore, in B105 Electronic Systems Lab we have designed and implemented a hardware platform that allows obtaining using radar sensors in Doppler operating mode and FMCW operating mode.

The platform developed is low-sized and resource-constraint which allows using it in Wireless Sensor Networks applications in battery powered nodes. The hardware modules of the designed system are described below:

  • Power Source. Probably one of the most importan parts of the system as it must provide power to the radar transceiver and to the analog adaptation modules. The power source must provide 12 V, 5 V and 3.3 V for proper radar operation, and these sources must be highly noiseless to enchance radar performance.
  • Radar Transceiver. The main component of the radar sensor is the transceiver which sends and receive radar signals. K-LC5 and K-LC6 radar transceivers from RFbeam may be used, providing I and Q IF signals, and a VCO pin for FMCW operation.
  • Signal Adaptation Module. Signal adaptation is necessary to process radar I and Q signals and obtain information from them. An amplification stage, a low-pass filter and a high-pass filter are used in this module. Besides, a single-ended to differential stage is also used to improve signal acquisition.
  • Signal Acquisition. An ADC is used to digitalize the analog signals so they can be processed. The ADC used can be sigma-delta or SAR, with the higher resolution possible (12 to 16 bits), and with speeds from 10 KHz to 1 MHz. In our platform, the acquisition is done by the main microcontroller.
  • Signal Generation.  A DAC is used to generate the signals to modulate the radar transceiver through its VCO pin. Besides, an adaptation stage is implemented to provide adequated modulation signals to the radar transceivers. The DAC used in our platform is integrated in the main microcontroller.
  • Processing Unit. A microcontroller is needed to process the acquired signals and obtain information from them. In our design a low-power STM32L496 microcontroller is used.

Radar HW

 

Tests de Funcionamiento de un Sistema de Monitorización de Estructuras

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Derivado de un proyecto realizado junto con la escuela de caminos (ETSICCP), entre otros miembros, estamos realizando una colaboración con dicha escuela para finalizar el desarrollo de un sistema de monitorización de estructuras inalámbrico.

El sistema consiste en varias PCBs, cada una de las cuales tiene un objetivo diferente. Por poner algunos ejemplos, hay una PCB para alimentación del sistema, otra para adecuar la señal procedente de los sensores, otra para digitalizar las señales ya adecuadas, etc.

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Imagen del sistema usado para pruebas.

Tras haber realizado múltiples pruebas en el laboratorio y tener montado y testado un sistema cuasi-final nos hemos desplazado de visita a la ETSICCP para hacer unas pruebas con nuestros compañeros “camineros” Jaime y Jose Manuel.

Estas primeras pruebas que hemos realizado han sido unas pruebas de comprobación del funcionamiento del sistema en una forma bastante básica. Esto significa que el objetivo era probar, en una estructura con una vibración controlada y conocida, que los datos registrados y guardados por el sistema se correspondían a los esperados. Los resultados obtenidos, además de exitosos, puesto que se han registrado correctamente las excitaciones inducidas a la estructura, han proporcionado algunas pinceladas para mejorar el sistema. Los siguientes pasos a realizar involucrarán el uso de sincronización inalámbrica entre varias unidades del sistema con vistas a ser capaces de monitorizar grandes estructuras con un mínimo despliegue de cables.

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Captura del montaje realizado sobre una viga.
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Datos recogidos por el sistema.