"Radar" in uw woonkamer: Een ultrasone radarsimulator

Het bezitten van een radarstation is de droom van veel elektronicahobbyisten. Radarsignalen zijn fascinerend en spelen niet alleen een belangrijke rol in militaire technologie, maar ook in de burgerluchtvaart. Ook schepen en scheepvaartbegeleiding maken veel gebruik van radar en als je een redelijk recente auto hebt, heeft die waarschijnlijk ook een of meer parkeerradars. De politie gebruikt radar om je snelheid te controleren. Radar is onmisbaar geworden voor weersvoorspellingen (buienradar) en satellieten gebruiken radar om de aarde waar te nemen. Kortom, radars zijn overal.

Ultrasoon radar?

Sonar lijkt op radar, maar gebruikt geluidsgolven in plaats van radiogolven. Geluid heeft niet het bereik van radarsignalen, maar het is een geweldig alternatief voor het simuleren van radar. Met zo'n simulator is het mogelijk om te begrijpen hoe radar werkt en kun je gemakkelijk de basisprincipes leren. De ultrasone radarkit die we in dit artikel uitproberen, gebruikt ultrageluid om een radarsysteem te simuleren.

De ultrasone radar kit

De ultrasone radarkit bevat alle onderdelen die nodig zijn om een kleine gesimuleerde radarinstallatie te bouwen:

• mechanische elementen van transparante kunststof
• een hoogwaardige modelservo
• een ultrasone transducermodule
• een microcontroller met een breakout board
• een USB-voeding en een bijpassende USB-kabel
• alle benodigde kabels, schroeven, moeren en afstandhouders.

 

Het in elkaar zetten van de kit is eenvoudig en zou zelfs voor beginners te doen moeten zijn. Helaas wordt er geen gedetailleerde handleiding meegeleverd. De kabels worden echter aangesloten op headers die beveiligd zijn tegen omgekeerde polariteit, waardoor de kans op fouten kleiner is. De mechanische assemblage is ook grotendeels intuïtief. Figuur 2 tot 5 tonen het volledig gemonteerde radarstation.
 

 

 
 

 

Werking en experimenten

Zodra het radarstation volledig in elkaar is gezet, kan het worden aangesloten op de voedingsadapter en de USB-C kabel die in de kit zijn meegeleverd. Als alles correct is ingesteld, verschijnt er een radarachtig beeld op het scherm. Programmeren is niet nodig. De servomotor beweegt van links naar rechts en terug, terwijl de ultrasone transducermodule de omgeving scant. Figuur 6 toont het radarstation in actie.

Afstand meten met de ultrasone radar

Op het scherm wordt de scannende beam in groen weergegeven, met afstandsreferentieringen. Gedetecteerde objecten worden gemarkeerd als rode stippen (zie Figuur 4, 6 en 7). Nu kun je beginnen met interessante experimenten. Een belangrijke parameter voor elk radarstation is het bereik. De meegeleverde ultrasone transducermodule heeft een bereik van minstens 4 meter, maar de maximale afstand die op het display wordt weergegeven is 2,05 meter. Grotere objecten worden op deze afstand gedetecteerd, maar objecten dichterbij, zoals op 1,75 meter, worden duidelijker weergegeven (zie Figuur 6).
 

De resolutie van het systeem is verrassend hoog. Afhankelijk van de afstand kunnen objecten met een breedte van twee tot vier centimeter zonder problemen worden gedetecteerd. Het radarstation heeft alleen moeite met extreem kleine objecten, zoals objecten ter grootte van de diameter van een potlood. De volgende afbeelding illustreert de detectie van een houten strip van ongeveer 4 centimeter breed.
 

Kleinere objecten worden steeds moeilijker te detecteren en verschijnen uiteindelijk als een enkele rode stip (zie Figuur 8). Potloden kunnen bijvoorbeeld alleen worden gedetecteerd tot op een afstand van enkele centimeters.
 

Nu we weten waartoe het in staat is, kunnen we kijken naar mogelijke toepassingen. Het kan worden gebruikt voor onderwijsexperimenten om te demonstreren hoe sonar en radar werken, of voor basistoepassingen, zoals het detecteren van kleinere doelen zoals modelvliegtuigen of -schepen. Daarnaast zijn ook meer praktische toepassingen mogelijk, zoals het monitoren en bewaken van ruimtes.

Voor- en nadelen

De kit heeft een aantal sterke punten:
 

• Het bevat alle benodigde onderdelen, zoals USB-kabels en voedingsadapters.
• Het assemblageproces is eenvoudig, met connectoren die tegen omgekeerde polariteit zijn beveiligd waardoor bedradingsfouten tot een minimum worden beperkt.
• De controller is vooraf geladen met complete software, dus er is geen ingewikkelde programmering nodig.

Er zijn echter ook een paar nadelen waar je rekening mee moet houden:
 

• Een gedetailleerde montagehandleiding wordt niet meegeleverd.
• Een handleiding met achtergrondinformatie zou nuttig zijn.
• De broncode van de controller is niet openbaar toegankelijk.

Conclusie

Met de kit kan een klein, esthetisch aantrekkelijk ultrasoon radarstation met geïntegreerd display worden gebouwd. Eenvoudige experimenten kunnen worden uitgevoerd om de functionaliteit en technische basisprincipes van radartechnologie op een praktische manier te begrijpen.

Met de voorgeprogrammeerde controller kunnen zelfs beginners dit station gemakkelijk instellen. De experimenten die kunnen worden uitgevoerd omvatten eenvoudige doeldetectietoepassingen en het monitoren van kleinere ruimtes. De reeds geladen code werkt feilloos, maar het zou voor gevorderde gebruikers zeker leuk zijn om de mogelijkheid te hebben om deze aan te passen of uit te breiden.

Een stap verder

Het is zeker mogelijk om de controller zelf te programmeren, bijvoorbeeld met de Arduino IDE. Het vereist echter wel wat zelfstudie om vertrouwd te raken met de juiste programmeertechnieken. Gelukkig is er online voldoende informatie beschikbaar om je hierbij te helpen. Als je eenmaal aan de slag bent gegaan, zijn er geen noemenswaardige belemmeringen voor het verkennen van meer geavanceerde en interessante toepassingen van het radarstation.


Vertaling: Hans Adams