Detect and Track Humans with a Raspberry Pi | mmWave Radar Sensor

Core Electronics

28 May 202513:38

Summary

TLDRفي هذا الدليل، سنتعلم كيفية استخدام مستشعر الرادار في مشروع Raspberry Pi لاكتشاف وتتبع الأشخاص. يتم شرح كيفية عمل المستشعر الذي يستخدم موجات راديو بتردد 24 جيجاهرتز لقياس المسافة، الزاوية، وسرعة الهدف. كما يتم استعراض كيفية ربطه بـ Raspberry Pi وتشغيله عبر واجهة UART، بالإضافة إلى تقديم مثال تطبيقي حيث يتحكم المستخدم في لعبة هوكي الهواء عبر تحركاته في الغرفة. هذا المشروع هو مزيج من التكنولوجيا المتقدمة والمرح، مع فرصة لتعلم كيفية دمج المستشعرات في مشاريع عملية.

Takeaways

😀 هذا الحساس هو جهاز رادار يعمل بتردد 24 جيجاهرتز، يستخدم للكشف عن الأشخاص وتتبعهم في المشاريع المتعلقة بـ Raspberry Pi.
😀 يتمكن الحساس من قياس المسافة بينه وبين الشخص (حتى 8 متر) وزاوية الشخص بالنسبة للحساس باستخدام موجات راديوية.
😀 الحساس يمكنه أيضًا قياس سرعة الشخص عن طريق تأثير دوبلر، وهو نفس التأثير الذي يمكن سماعه عندما يمر سيارة بجانبك.
😀 يحتوي الحساس على هوائيات استقبال مزدوجة تتيح له تحديد الزاوية التي يعود منها الإشارة، وبالتالي تحديد اتجاه الشخص.
😀 الحساس مخصص لاكتشاف الأشخاص فقط بفضل معالجة الإشارات المتقدمة، مما يسمح له بالتفريق بين الشخص والأشياء الأخرى مثل الجدران أو الأثاث.
😀 يتطلب الاتصال بين الحساس و Raspberry Pi استخدام واجهة UART عبر الأسلاك المناسبة لتمرير البيانات.
😀 يمكن استخدام هذا الحساس مع Raspberry Pi 4 أو 5، ولكن إذا كنت تستخدم Pi 4، يجب تعديل إعدادات URT في الشيفرة البرمجية.
😀 الحساس يستطيع تتبع حتى ثلاثة أهداف في وقت واحد، لكن إذا تم تفعيل وضعية تتبع الأهداف المتعددة، قد تواجه بعض المشاكل في حال وجود أسطح مسطحة عاكسة.
😀 في وضعية الهدف الواحد، يكتشف الحساس الهدف الأقرب بشكل دقيق، بينما في وضعية الأهداف المتعددة قد تحدث بعض الأخطاء.
😀 يمكن للمستخدمين الاستفادة من المكتبة البرمجية المتاحة لتحليل البيانات المستخلصة من الحساس، بما في ذلك المسافة، الزاوية، السرعة، والإحداثيات.
😀 تم تقديم مثال تطبيقي باستخدام Pygame لإنشاء لعبة هوكي هواء يتم التحكم بها بواسطة حركة الشخص في الغرفة باستخدام الحساس.
😀 من النصائح الهامة: يجب وضع الحساس على ارتفاع بين الصدر والرأس لتحقيق أفضل دقة في الكشف عن الأشخاص، وتجنب التداخل مع الأجهزة الأخرى إذا كنت تستخدم عدة حساسات.

Q & A

ما هو المستشعر المستخدم في المشروع، وما الغرض منه؟
-المستشعر المستخدم هو رادار يعمل بتردد 24 جيجاهرتز، ويُستخدم لاكتشاف وتتبع الأشخاص في المشاريع القائمة على Raspberry Pi.
كيف يعمل مستشعر الرادار هذا من حيث المبدأ؟
-يقوم المستشعر بإرسال موجات راديوية ثم يستقبل الانعكاسات الناتجة عنها، ليحسب المسافة وسرعة الهدف باستخدام تأثير دوبلر، ويحدد الزاوية من خلال هوائيات استقبال مزدوجة.
ما الذي يميز هذا المستشعر عن مستشعرات الموجات فوق الصوتية التقليدية؟
-يتميز بقدرته على قياس المسافة والسرعة والزاوية بدقة عالية، كما يمكنه تمييز البشر عن الأشياء الثابتة بفضل تحليل الإشارات الدقيقة الناتجة عن حركات الجسم الصغيرة.
ما المدى الأقصى الذي يمكن للمستشعر اكتشاف الأشخاص فيه؟
-يمكنه اكتشاف الأشخاص على بُعد يصل إلى 8 أمتار، بزاوية تغطية تصل إلى 120 درجة.
ما الإعدادات المطلوبة لتوصيل المستشعر بلوحة Raspberry Pi؟
-يجب توصيل 5V و GND لتغذية الطاقة، ثم توصيل RX وTX بشكل متقاطع بين المستشعر والـ Pi (أي RX إلى TX والعكس)، مع التأكد من تطابق ألوان الأسلاك بشكل صحيح لأنها تختلف حسب الكابل.
ما الخطوة الضرورية داخل نظام التشغيل لتمكين الاتصال مع المستشعر؟
-يجب تفعيل منفذ UART من إعدادات النظام في واجهة Raspberry Pi Configuration ضمن قسم Interfaces، ثم إعادة التشغيل بعد ذلك.
ما الفرق في إعداد المنفذ بين Raspberry Pi 5 وPi 4؟
-في Raspberry Pi 5 يُستخدم المنفذ 'ttyAMA0'، بينما في Pi 4 يُستبدل بـ 'ttyS0' داخل ملف مكتبة المستشعر.
ما وظيفة وضع التتبع المتعدد (Multi-Target Mode)؟
-يُمكّن المستشعر من تتبع ما يصل إلى ثلاثة أشخاص في الوقت نفسه، لكنه قد يسبب قراءات خاطئة في بيئات بها انعكاسات كثيرة أو عندما يكون الأشخاص متقاربين جداً.
كيف تُفسر البيانات الناتجة عن المستشعر مثل المسافة، الزاوية، والسرعة؟
-المسافة تعني البُعد عن المستشعر، الزاوية تُقاس من خط المنتصف، السرعة تُظهر الاتجاه نحو المستشعر أو الابتعاد عنه، بينما X وY تعكسان الموقع النسبي أمام المستشعر والجدار.
ما وظيفة برنامج التصور (Visualization) في المشروع؟
-يُستخدم لعرض بيانات المستشعر بشكل بصري باستخدام Pygame، مما يسهل فهم وتتبع الحركة بدلاً من قراءة الأرقام فقط.
كيف يتم استخدام المستشعر في لعبة الهوكي الهوائي؟
-يتم تتبع حركة اللاعب في الغرفة وتحويل موقعه إلى حركة داخل اللعبة ضد خصم يتحكم به الذكاء الاصطناعي، مما يجعل التجربة تفاعلية وممتعة.
ما أهم النصائح للحصول على أداء مثالي من المستشعر؟
-ينصح بتثبيته على ارتفاع الصدر أو الرأس، وتجنب تحريكه بعد التشغيل لأنه يقوم بمعايرة المكان، كما يجب ترك مسافة بين عدة مستشعرات لتجنب التداخل بينها.