Radar Bewegungsmelder 24,125 GHZ CDM324: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Autoren:''' [[Benutzer:Marc Ebmeyer| Marc Ebmeyer]]  
'''Autoren:''' [[Benutzer:Marc Ebmeyer| Marc Ebmeyer]], [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]  


= Einleitung =
Der CDM324 ist ein Radarsensor für die Bewegungserfassung im ISM‑Band bei 24,125 GHz. Solche Mikrowellen‑Doppler‑Module werden zunehmend in der Gebäudeautomation, Beleuchtungssteuerung und Sicherheitstechnik eingesetzt, da sie gegenüber klassischen Passiv‑Infrarot‑(PIR)‑Sensoren Vorteile bei Reichweite, Erkennungsrichtung und Durchdringung von nichtmetallischen Hindernissen bieten. Dieser Fachartikel beschreibt Aufbau und Funktionsprinzip, typische Leistungsdaten, Einsatzmöglichkeiten, Installationshinweise sowie Vor‑ und Nachteile des CDM324‑Typs.
{|
|-
| [[Datei:ESD (Susceptible).svg.png|ohne|100px|]] ||
*Der Sensor ist bei falscher Handhabung ESD gefährdet.
*Die üblichen Vorsichtsmaßnahmen für CMOS Schaltungen sind für die Handhabung des Bauteils jedoch ausreichend. '''Das Berühren der Signalausgänge sollte vermieden werden''', bevor das Modul in die Trägerplatte eingebaut ist.
*Die Verwendung eines Multimeters zur Widerstandsmessung zwischen den Anschlusspins kann zu einer Beschädigung des Moduls führen.
*Die Nähe von Leuchtstofflampen kann zu einem fehlerhaften Triggern führen. Das Modul sollte daher nicht in unmittelbarer Nähe zu Leuchtstofflampen montiert werden. Durch ein 100 Hz-Kerbfilter in der Folgeelektronik kann dieser Effekt unterdrückt werden.
*Aufgrund des Aufbaus sind die Module empfindlich gegen Körperschall.
*Eine Befestigung über die Pins ist nicht ausreichend, das Modul sollte zusätzlich auch mechanisch fixiert werden.
|}


 
= Technische Übersicht =
[https://funduinoshop.com/elektronische-module/sensoren/bewegung-distanz/cdm324-24-125ghz-radar-bewegungsmelder CDM324] ||[[Datei:CDM-324-24-125GHz-Radar-Bewegungsmelder-back.png|mini|100px|[https://funduinoshop.com/elektronische-module/sensoren/bewegung-distanz/cdm324-24-125ghz-radar-bewegungsmelder] Funduino 31.03.2025]]
 
== Einleitung ==
Der optoelektronische Sensor VL6180x integriert einen oberflächenemittierenden Infrarot-Strahler (VCSEL) und einem Näherungssensor. Der VL6180X kann die Flugzeit oder die Zeit, die bis zum Auftreffen erforderlich ist, erfassen, um die Entfernung zu berechnen.
 
== Technische Übersicht ==
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Eigenschaft
! Eigenschaft!! Daten
! style="font-weight: bold;" | Daten
|-
| Radar Bewegungsmelder Modul || CDM324/RADAR-IPM-165
|-
| Spannungsversorgung || VCC 4,75 V - 5,25 V
|-
|-
| Spannungsversorgung<br/> || VCC 3-5&thinsp;V
| Versorgungsstromsstrom|| 30&thinsp;mA-40&thinsp;mA
|-
|-
| Wellenlänge<br/> || 850&thinsp;nm<br/>
| Betriebstemperatur || -20...+60&thinsp;°C
|-
|-
| Kommunikationsschnittstelle I²C<br/> || 400&thinsp;kHz<br/>
| Erfassungsabstand<br/> || 12&thinsp;m<br/>
|-
|-
| Adresse<br/> ||0x29<br/>
| Erfassungswinkel <br/> ||80&thinsp;°<br/>
|-
|-
| Messbereich<br/> ||2-100&thinsp;mm<br/>
| Frequenz<br/> ||24.125&thinsp;GHz<br/>
|-
|-
|}
|}


== Pinbelegung ==
== Pinbelegung ==
 
[[Datei:Radar Pinning.jpg|thumb|rigth|400px|Abb. 2: Pinbelegung des Moduls]]
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Pin
! Pin !! Bezeichnung!! Belegung !! Signal !! Arduino Uno R3
! style="font-weight: bold;" | Belegung
! style="font-weight: bold;" | Signal
|-
|-
| 1 || Betriebsspannung Vcc || 3-5&thinsp;V
| 1 || Masse GND  || 0&thinsp;V
|-
|-
| 2 || Ausgangsspannung bis 100mA 2v8 || 2,8&thinsp;V
| 2 || Ausgangsspannung ||&thinsp;V
|-
|-
| 3 || Masse GND  || 0&thinsp;V
| 3 || Betriebsspannung Vcc || 3-5&thinsp;V
|-
|-
| 4 || Datenbereitschaftspin GPIO  || 2,8&thinsp;V
 
|-
|}
| 5 || Ausschaltpin SHDN || Aus=0V
 
= Messverfahren =
Das Radarmodul repräsentiert einen hochintegrierten Radarsensor mit
Sende- und Empfangsteil sowie einem Gegentakt Mischer. Sorgfältige
Schaltungsauslegung und Auswahl geeigneter Komponenten gewährleisten,
dass das Modul die Vorgaben des Europäischen ETSI-Standards
einhält und eine allgemein gültige CE-Zulassung besitzt.
Radar-Bewegungsmelder arbeiten nach dem Dopplerprinzip: Die im
Mikrowellenbereich gesendeten elektromagnetischen Wellen werden
am Objekt reflektiert und im Modul mittels eines Mischers zum Sendesignal
überlagert. Das am Mischerausgang entstehende Signal ist
daher bezüglich der Frequenz der Geschwindigkeit proportional: 44
Hz entsprechen einer Bewegungsgeschwindigkeit von ca. 1 km/h. Die
Amplitude des Signals ergibt sich entsprechend der Größe des Objekts,
seinem Material und seinem Abstand zum Sensor.
Während PIR-Sensoren sehr unempfindlich auf Bewegungen in direkter
Richtung zum Sensor reagieren, zeigt der Radar-Sensor hier seine
höchste Empfindlichkeit. Andererseits reagieren Radarsensoren unempfindlicher
auf kreisförmige Bewegungen um den Sensor, während
hier die PIR Sensoren gerade die höchste Empfindlichkeit besitzen. In
modernen sicherheitstechnischen Anwendungen werden daher PIRSensoren
und Radarsensoren gerne kombiniert.
Die Signalspannung am Ausgang des Mischers ist sehr gering, in der
Größenordnung von ca. 300 μV. Es wird daher ein nachgeschalteter
Verstärker mit definierter Bandbreite (ca. 20...900 Hz) benötigt, der
das Signal auf einen Nutzpegel bringt, der dann mittels eines Mikrocontrollers
ausgewertet werden kann. Alternativ sind auch Module mit
integriertem Verstärker lieferbar.
Der Sensor besitzt leider ein Schild, sodass man leider nur die 2*4Patch-Antenne sieht.
Der innere Aufbau des Radars sieht man in diesem [https://www.youtube.com/watch?v=5vqSX40seqA&t=547s Video ] dort werden die verbauten HF- Komponenten beschrieben.
Unter anderem ist dort ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Ringkoppler Ratrace oder Ringkoppler] verbaut.
 
=Hardwareaufbau=
[https://github.com/kd8bxp/24ghzdoppler github Testcode für CDM324 Radar]
 
=Software=
https://github.com/kd8bxp/24ghzdoppler
 
== Arduino==
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong><code>DemoRadarCDM324.ino</code>&thinsp;</strong>
|-
|-
| 6 || I²C Takt SCL  ||
|<syntaxhighlight lang="c" style="background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
</syntaxhighlight>
|-
|-
| 7 || I²C Daten SDA ||
|}
|}
URL: https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoRadarCDM324/DemoRadarCDM324.ino


== Prinziperklärung ==
= Simulink =
Der verbaute Sensor VL6180X misst optisch die Entfernung mithilfe eines VCSEL-Infrarot-Strahler ( Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) und eines Näherungssensors und eines Umgebungslichtsensors. Es basiert auf die von ST patentierte FlightSense Technologie sie misst die Entfernung.
= Datenblätter =
Sie ermöglicht eine absolute Entfernungsmessung unabhängig von der Reflexion des Ziel Reflexionsgrades.  
Es gibt keine offizielle Herstellererklärung, die den CDM324 ausdrücklich als Clone oder Lizenzprodukt des IPM-165 bezeichnet. Da es für den CDM324 kein offizielles Datenblatt gibt, sind hier die Datenblätter des IPM-165 hinterlegt.
Anstatt die Entfernung zu schätzen, durch Messung der Lichtmenge, die vom Objekt zurückgeworfen wird (was erheblich von Farbe und Oberfläche beeinflusst wird), misst der VL6180X die Zeit, die das Licht benötigt, um zum nächstgelegenen  Objekt und zurück zum Sensor benötigt (Time-of-Flight).
* [[Medium:RADAR-IPM-165 DB-DE-EN.pdf|Radar Bewegungsmelder Modul RADAR-IPM-165]]
Durch die Kombination eines IR-Senders, eines Entfernungssensors und eines Umgebungslichtsensor
*[[Medium:InnoSenT Applikationsschrift 3 - web.pdf|InnoSenT Applikationsschrift]]
Das Modul ist für den Betrieb mit geringem Stromverbrauch ausgelegt.
* [https://www.icstation.com/cdm324-24ghz-microwave-human-body-motion-sensor-module-radar-induction-switch-sensor-p-8962.html IC & Robot Gadges]
Annäherungs- und Umgebungslicht- Messungen können automatisch in benutzerdefinierten Intervallen durchgeführt werden.
*[[Medium:TL07xx Low-Noise, FET-Input Operational Amplifiers datasheet (Rev. W) - tl071.pdf|TL071CP Datenblatt]]
Mehrere Schwellenwerte und Interrupt-Schemata werden unterstützt, um die Host-Operationen zu minimieren.
Die Steuerung durch den Host und das Auslesen der Ergebnisse erfolgt über eine I2C-Schnittstelle.
Optionale Zusatzfunktionen, wie Messbereitschaft und Schwellenwert Interrupts, werden über zwei programmierbare GPIO-Pins bereitgestellt.
 
==Hardwareaufbau==
*[[:Datei:VL6180X time of flight AZ352 D 12-04 DE B0B5DWZDR1.pdf | Datenblatt VL6180X ]]


== Datenblätter ==
= Messung =
*[[:Datei:VL6180X time of flight AZ352 D 12-04 DE B0B5DWZDR1.pdf | Datenblatt VL6180X Modul cdn.shopify.com 02.04.2025]]
==Messungen am Radar-Sensor==
Das vom Radar ausgegebene Signal ist aufgrund seiner Beschaffenheit nicht direkt vom Arduino auswertbar.
Das Signal weist ein Signaloffset von etwa 250mV auf (siehe unten).
*[[Medium:Radar Signal ohne Bewegung.pdf|Radar Signal ohne Bewegung]]
*[[Medium:Radar Signal ohne Bewegung AC.pdf|Radar-Signal ohne Bewegung AC]]
*[[Medium:Radar Signal ohne Bewegung AC Peak zoom.pdf|Radar Signal ohne Bewegung AC Peak zoom]]
Sobald das Radar eine Bewegung erkennt, schwankt das Signal um etwa 10mV, was mit dem Arduino schwer zu messen ist.


*[[:Datei:Vl6180x.pdf | Datenblatt VL6180X ST Microelektronics 02.04.2025]]
==Verstärker Schaltung==
Deswegen wurde einer Verstärkerschaltung aufgebaut, mit zwei Operationsverstärker.
Dabei wird zuerst der Gleichanteil des Signales herausgefiltert durch den Kondensator am Eingang.
[[Datei:Radar Signal Verstärker.png|thumb|center|1200px|Abb. 3: Verstärkerschaltung]]
Zum Testen wurde der Radar-Sensor auf einem Tisch in einem Schraubstock befestigt.
Nun bewegt man eine Metallplatte über ihn langsam und schnell mit der Hand hoch und herunterbewegt.
Dabei kann man sehen, dass das verstärkte Signal in den Anschlag geht.


==Literatur==
*[[Medium:Radar Signal ohne Bewegung+5V.pdf|Radar-Signal ohne Bewegung bei einer unipolaren Versorgung]]
*[[:Datei:Vl6180x api integrationguide.pdf | ST Api_Integrations Anleitung]]
*[[Medium:Radar Signal langsamme Bewegung+5V.pdf|Radar-Signal mit langsamen Bewegungen bei einer unipolaren Versorgung]]
*[[Medium:Radar Signal schnelle Bewegung+5V.pdf|Radar-Signal mit schnellen Bewegungen bei einer unipolaren Versorgung]]


== Weiterführende Artikel ==
Deswegen wurde der Operationsverstärker TL071CP mit einer negativen und einer positiven Spannung von 9V versorgt.
Um eine stabile Spannung an den Operationsverstärker zu gewährleisten werden zwei 9V Blöcke verwendet.


*[[Medium:Radar Signal ohne Bewegung +-9V.pdf|Radar-Signal ohne Bewegung bei einer bipolaren Versorgung]]
*[[Medium:Radar Signal langsame Bewegung +-9V.pdf|Radar-Signal mit langsamen Bewegungen bei einer bipolaren Versorgung]]
*[[Medium:Radar Signal schnelle Bewegung +-9Vb.pdf|Radar-Signal mit schnellen Bewegungen bei einer bipolaren Versorgung ]]
Dadurch hat sich das Signal noch mal deutlich verbessert.
Um die Empfindlichkeit zu steigern, kann man den Widerstand R_6 z.B. auf 220k Ohm erhöhen, sodass der Messbereich des Arduinos bei niedrigen Geschwindigkeiten besser ausgenutzt wird. Den 510kOhm Widerstand R_5 setzt sich hier aus 390k Ohm und 120k Ohm zusammen.


Das Specktrum kann man entweder über den Spektrumanalyser sich anschauen, oder in Simulink z.B. in über die Power Gui in der man dann FFT auswählen kann oder den den Spektrumanalyser.
*[[Datei:Spektruma.png]]
*[[Datei:Spektrum.png]]
*[[Datei:Spektrum1.png]]
*[[Datei:Spektrum2.png]]
*[[Datei:Spektrum3.png]]
*[[Datei:Spektrum4.png]]
*[[Datei:Spektrum5.png]]
*[[Datei:Spektrum6.png]]


=Video=
{{#ev:youtube|https://www.youtube.com/watch?v=5vqSX40seqA| 600 | | Teardown of a CDM324 24GHz Doppler Radar Module  |frame}}


= Weiterführende Projekte =
*[https://www.youtube.com/watch?v=-QfjIjr3vEE Tiny radar using CDM324 module and FFT on STM32F4]
*[https://www.youtube.com/watch?v=76kO2TxzD54 CDM324 Backpack v2 Testing]
*[https://www.youtube.com/watch?v=G_tmNtP0gw8 How do automotive (FMCW) RADARs measure velocity?]
*[https://www.youtube.com/watch?v=BZxAl5kFOUQ Thomas Barth: Introduction into CW Radar]
*[https://www.youtube.com/watch?v=kJ-g9MfY0Wg Arduino mit fast FFT]
*[https://www.instructables.com/EasyFFT-Frequency-Transform-for-Arduino/ Arduino mit fast FFT]
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→ zurück zum Hauptartikel: [[HSHL-Mechatronik-Baukasten]]
→ zurück zum Hauptartikel: [[HSHL-Mechatronik-Baukasten]], [[WS2025_-_MTR_Sensortechnik|WS2025 - Sensortechnik]]

Aktuelle Version vom 15. Januar 2026, 08:51 Uhr

Abb. 1: Radar Bewegungsmelder 24,125 GHZ CDM324

Autoren: Marc Ebmeyer, Prof. Dr.-Ing. Schneider

Einleitung

Der CDM324 ist ein Radarsensor für die Bewegungserfassung im ISM‑Band bei 24,125 GHz. Solche Mikrowellen‑Doppler‑Module werden zunehmend in der Gebäudeautomation, Beleuchtungssteuerung und Sicherheitstechnik eingesetzt, da sie gegenüber klassischen Passiv‑Infrarot‑(PIR)‑Sensoren Vorteile bei Reichweite, Erkennungsrichtung und Durchdringung von nichtmetallischen Hindernissen bieten. Dieser Fachartikel beschreibt Aufbau und Funktionsprinzip, typische Leistungsdaten, Einsatzmöglichkeiten, Installationshinweise sowie Vor‑ und Nachteile des CDM324‑Typs.

  • Der Sensor ist bei falscher Handhabung ESD gefährdet.
  • Die üblichen Vorsichtsmaßnahmen für CMOS Schaltungen sind für die Handhabung des Bauteils jedoch ausreichend. Das Berühren der Signalausgänge sollte vermieden werden, bevor das Modul in die Trägerplatte eingebaut ist.
  • Die Verwendung eines Multimeters zur Widerstandsmessung zwischen den Anschlusspins kann zu einer Beschädigung des Moduls führen.
  • Die Nähe von Leuchtstofflampen kann zu einem fehlerhaften Triggern führen. Das Modul sollte daher nicht in unmittelbarer Nähe zu Leuchtstofflampen montiert werden. Durch ein 100 Hz-Kerbfilter in der Folgeelektronik kann dieser Effekt unterdrückt werden.
  • Aufgrund des Aufbaus sind die Module empfindlich gegen Körperschall.
  • Eine Befestigung über die Pins ist nicht ausreichend, das Modul sollte zusätzlich auch mechanisch fixiert werden.

Technische Übersicht

Eigenschaft Daten
Radar Bewegungsmelder Modul CDM324/RADAR-IPM-165
Spannungsversorgung VCC 4,75 V - 5,25 V
Versorgungsstromsstrom 30 mA-40 mA
Betriebstemperatur -20...+60 °C
Erfassungsabstand
 12 m
Erfassungswinkel
80 °
Frequenz
 24.125 GHz

Pinbelegung

Abb. 2: Pinbelegung des Moduls
Pin Bezeichnung Belegung Signal Arduino Uno R3
1 Masse GND 0 V
2 Ausgangsspannung  V
3 Betriebsspannung Vcc 3-5 V

Messverfahren

Das Radarmodul repräsentiert einen hochintegrierten Radarsensor mit Sende- und Empfangsteil sowie einem Gegentakt Mischer. Sorgfältige Schaltungsauslegung und Auswahl geeigneter Komponenten gewährleisten, dass das Modul die Vorgaben des Europäischen ETSI-Standards einhält und eine allgemein gültige CE-Zulassung besitzt. Radar-Bewegungsmelder arbeiten nach dem Dopplerprinzip: Die im Mikrowellenbereich gesendeten elektromagnetischen Wellen werden am Objekt reflektiert und im Modul mittels eines Mischers zum Sendesignal überlagert. Das am Mischerausgang entstehende Signal ist daher bezüglich der Frequenz der Geschwindigkeit proportional: 44 Hz entsprechen einer Bewegungsgeschwindigkeit von ca. 1 km/h. Die Amplitude des Signals ergibt sich entsprechend der Größe des Objekts, seinem Material und seinem Abstand zum Sensor. Während PIR-Sensoren sehr unempfindlich auf Bewegungen in direkter Richtung zum Sensor reagieren, zeigt der Radar-Sensor hier seine höchste Empfindlichkeit. Andererseits reagieren Radarsensoren unempfindlicher auf kreisförmige Bewegungen um den Sensor, während hier die PIR Sensoren gerade die höchste Empfindlichkeit besitzen. In modernen sicherheitstechnischen Anwendungen werden daher PIRSensoren und Radarsensoren gerne kombiniert. Die Signalspannung am Ausgang des Mischers ist sehr gering, in der Größenordnung von ca. 300 μV. Es wird daher ein nachgeschalteter Verstärker mit definierter Bandbreite (ca. 20...900 Hz) benötigt, der das Signal auf einen Nutzpegel bringt, der dann mittels eines Mikrocontrollers ausgewertet werden kann. Alternativ sind auch Module mit integriertem Verstärker lieferbar. Der Sensor besitzt leider ein Schild, sodass man leider nur die 2*4Patch-Antenne sieht. Der innere Aufbau des Radars sieht man in diesem Video dort werden die verbauten HF- Komponenten beschrieben. Unter anderem ist dort ein Ratrace oder Ringkoppler verbaut.

Hardwareaufbau

github Testcode für CDM324 Radar

Software

https://github.com/kd8bxp/24ghzdoppler

Arduino

URL: https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoRadarCDM324/DemoRadarCDM324.ino

Simulink

Datenblätter

Es gibt keine offizielle Herstellererklärung, die den CDM324 ausdrücklich als Clone oder Lizenzprodukt des IPM-165 bezeichnet. Da es für den CDM324 kein offizielles Datenblatt gibt, sind hier die Datenblätter des IPM-165 hinterlegt.

Messung

Messungen am Radar-Sensor

Das vom Radar ausgegebene Signal ist aufgrund seiner Beschaffenheit nicht direkt vom Arduino auswertbar. Das Signal weist ein Signaloffset von etwa 250mV auf (siehe unten).

Sobald das Radar eine Bewegung erkennt, schwankt das Signal um etwa 10mV, was mit dem Arduino schwer zu messen ist.

Verstärker Schaltung

Deswegen wurde einer Verstärkerschaltung aufgebaut, mit zwei Operationsverstärker. Dabei wird zuerst der Gleichanteil des Signales herausgefiltert durch den Kondensator am Eingang.

Abb. 3: Verstärkerschaltung

Zum Testen wurde der Radar-Sensor auf einem Tisch in einem Schraubstock befestigt. Nun bewegt man eine Metallplatte über ihn langsam und schnell mit der Hand hoch und herunterbewegt. Dabei kann man sehen, dass das verstärkte Signal in den Anschlag geht.

Deswegen wurde der Operationsverstärker TL071CP mit einer negativen und einer positiven Spannung von 9V versorgt. Um eine stabile Spannung an den Operationsverstärker zu gewährleisten werden zwei 9V Blöcke verwendet.

Dadurch hat sich das Signal noch mal deutlich verbessert. Um die Empfindlichkeit zu steigern, kann man den Widerstand R_6 z.B. auf 220k Ohm erhöhen, sodass der Messbereich des Arduinos bei niedrigen Geschwindigkeiten besser ausgenutzt wird. Den 510kOhm Widerstand R_5 setzt sich hier aus 390k Ohm und 120k Ohm zusammen.

Das Specktrum kann man entweder über den Spektrumanalyser sich anschauen, oder in Simulink z.B. in über die Power Gui in der man dann FFT auswählen kann oder den den Spektrumanalyser.

Video

Teardown of a CDM324 24GHz Doppler Radar Module

Weiterführende Projekte

→ zurück zum Hauptartikel: HSHL-Mechatronik-Baukasten, WS2025 - Sensortechnik

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