一種fmcw雷達測距系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及容器內液位檢測領域，特別涉及一種FMCW雷達測距系統。
【背景技術】
[0002]對容器內液位等的檢測，傳統的距離測量設備由于粉塵、水汽、溫度等影響而不能準確地工作，而基于電磁波反射特性的FMCW雷達可以在復雜環境下安全、準確地進行液位測量。
[0003]但是目前多數雷達測距系統的通信采用有線傳輸方式，現場安裝布線比較復雜。
[0004]針對上述問題，提供一種新型的測距系統，實現工業現場的無線通信，取代現有的有線傳輸方式。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是，提供一種FMCW雷達測距系統，實現工業現場的無線通信，達到取代現有的有線傳輸方式的目的。
[0006]為達到上述目的，本發明的技術方案是，一種FMCW雷達測距系統，其特征在于:所述的測距系統包括DDS模塊產生周期為T的三角波對FMCW雷達傳感器得到中頻信號進行調制，調制后的中頻信號經過AGC放大濾波電路后通過信號處理模塊得到距離數據，距離數據再通過ZigBee通信模塊送入上位機。
[0007]所述的信號處理模塊包括A/D轉換單元和算法處理單元。
[0008]所述的ZigBee通信模塊包括CC2530發射模塊和CC2530接收模塊。
[0009]所述的信號處理模塊連接顯示模塊對采集的距離數據進行現場顯示。
[0010]所述的算法處理單元通過中頻信號計算距離數據的算法為:
[0011]S = cTfb/4B
[0012]其中，B為掃頻寬度、fb為差頻信號頻率、c為光速、T為掃頻周期。
[0013]—種FMCW雷達測距系統，由于采用上述的結構和方法，本發明結合FMCW雷達測距技術和ZigBee無線通信技術，在復雜的工業現場可以實現準確穩定的距離測量并且大大降低了現場安裝布線的難度，具有較好的實用價值。
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明；
[0015]圖1為本發明一種FMCW雷達測距系統的結構示意圖；
[0016]圖2為本發明一種FMCW雷達測距系統的原理圖；
[0017]圖3為本發明一種FMCW雷達測距系統中FMCW雷達發射信號、回波信號及差頻信號不意圖；
[0018]在圖1中，1、DDS模塊；2、雷達傳感器；3、AGC放大濾波電路；4、信號處理單元；5、ZigBee通信模塊；6、上位機；7、顯示模塊；8、CC2530發射模塊；9、CC2530接收模塊；10、A/ D轉換單元；11、算法處理單元。
【具體實施方式】
[0019]如圖1-2所示，本發明主要包括三個模塊:DDS模塊1、信號處理模塊4和ZigBee通信模塊5。系統工作時，DDS模塊I產生周期為T的三角波，該三角波調制FMCW雷達傳感器2得到中頻信號，中頻信號中含有距離信息，但是也有很多干擾信息，經過AGC放大濾波電路3、調整得到適合模數轉換器的輸入信號。DSP對模數換后的數據進行處理得到距離數據，再通過串口送入ZigBee通信模塊。在上位機上顯示出測量結果。信號處理模塊4包括A/D轉換單元10和算法處理單元11。ZigBee通信模塊5包括CC2530發射模塊8和CC2530接收模塊9。信號處理模塊4連接顯示模塊7對采集的距離數據進行現場顯示。
[0020]I) DDS 模塊
[0021]FMCff雷達傳感器2需要一個調制波形控制VCO才能工作。三角波調制可以克服多普勒干擾，且在高精度測量時抗干擾能力更強，因此本發明使用三角波調制VC0。根據檢測距離的實際要求，三角波的頻率取1kHz，幅值取0.5V?5.5V，并通過AD9833產生。DDS芯片AD9833是AD公司的一款低功耗可編程波形發生器，有28位的頻率寄存器，在25MHz晶振下頻率分辨率可達到0.1Hz0為了充分發揮DSP的信號處理功熊，另用Atmel公司的AT89S52單片機控制AD9833產生IkHz的三角波，所產生的三角波幅值在OV?0.6V，需要經過放太，加直流偏置得到頻率為IkHz的0.5V?5.5V三角波。
[0022]2)信號處理模塊
[0023]信號處理模塊是系統的核心模塊，在系統中起著處理中頻信號的作用。選擇TI公司的32位定點數字信號處理器TMS320F2812，其主頻高達150MHz，且配有TI開發的算法庫，可以進行快速FFT運算。TMS320F2812片內自帶轉換速率高達12.5MS/s的12位ADC采樣模塊，這樣可以在DSP片內實現A/D轉換，減少了硬件設計的難度。雷達前端直接輸出的中頻信號比較微弱而且有泄露的調制三角波干擾，不能直接進行A/D轉換，因此需要濾波。為濾除中頻信號中泄露三角波干擾，需設置高通濾波器，其截止頻率設置為調制信號頻率的5倍?10倍，并要確保通頻帶的紋波系數較小。在本系統中使用無限增益多路反饋高通濾波電路，配置相關參數使得紋波系數小于0.ldB。
[0024]濾波后的中頻信號幅值與距離的平方成反比，在本系統的實際測量中，范圍在0.3V?0.8V。A/D轉換器輸入范圍為OV?3V，為了充分發揮模數轉換器的精度，利用AGC電路對其幅值進行放大，調整到適合模數轉換器的OV?2.5V，以保留一定余量。
[0025]3) ZigBee 通信模塊
[0026]ZigBee通信采用TI公司的CC2530模塊。DSP處理得到的數據通過串口 SCTITXDA，SCIRXDA與CC2530的串口端Pl_4、Pl_5連接，將數據送到處于發射狀態的CC2530中。CC2530利用Z-Stack協議棧實現數據的無線傳輸。在上位機6通過協調器的CC2530和電腦通過串口通信，協調器的CC2530通過一個USB轉RS232的電路與PC機相連，這樣CC2530把接收到的數據發送到上位機6。終端節點DSP與ZigBee之間的連接如圖4所示。
[0027]由前端雷達、信號處理電路、數字信號處理器、ZigBee收發模塊等構成了無線雷達測距系統，信號處理電路能夠保證精度的前提下有效處理中頻信號，并且利用DSP實現了快速大點數的FFT和公式擬合法計算結果，最終在PC機上實時顯示測量結果。該系統結合FMCW雷達測距技術和ZigBee無線通信技術，在復雜的工業現場可以實現準確穩定的距離測量并且大大降低了現場安裝布線的難度，具有較好的實用價值。
[0028]FMCW雷達測距系統在雷達工作時，掃頻驅動電壓驅動VCO (壓控振蕩器)產生頻率變化的電磁波，其輸出在時間上按三角波調制電壓規律變化，目標回波信號和發射機直接耦合過來的信號在接收機混頻器內混頻后得到差頻信號。在無線電波傳播到目標并返回天線的這段時間內，發射機頻率較之回波頻率已經有了變化。因此在混頻器的輸出端便出現了差頻電壓。差頻電壓的頻率包含有目標的距離信息，因而差頻信號經過放大、濾波、測頻等處理后就可得到目標距離。
[0029]如圖3所示，實線為發射信號，虛線為遇到障礙物反射后的回波信號。底部差頻信號為發射信號和回波信號混頻后得到的中頻信號。B為掃頻寬度，f。為基頻。差頻信號經過處理，變換到頻域，求出差頻信號頻率fb。圖3中，由于半掃頻周期T/2內頻率的變化為B，因此電磁波傳播延遲時間t內產生的頻率變化fb= 2Bt/T,電磁波以光速c在s距離內的來回傳播時間t = 2s/c,因此待測距離s為:
[0030]s = cTfb/4B (I)
[0031]在式(I)中，C、B、T都已知，只要準確測量出fb值就可以計算出距離。
[0032]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種FMCW雷達測距系統，其特征在于:所述的測距系統包括DDS模塊(I)產生周期為T的三角波對FMCW雷達傳感器⑵得到中頻信號進行調制，調制后的中頻信號經過AGC放大濾波電路(3)后通過信號處理模塊(4)得到距離數據，距離數據再通過ZigBee通信模塊(5)送入上位機(6)。2.根據權利要求1所述的一種FMCW雷達測距系統，其特征在于:所述的信號處理模塊(4)包括A/D轉換單元(10)和算法處理單元(11)。3.根據權利要求1所述的一種FMCW雷達測距系統，其特征在于:所述的ZigBee通信模塊(5)包括CC2530發射模塊(8)和CC2530接收模塊(9)。4.根據權利要求1所述的一種FMCW雷達測距系統，其特征在于:所述的信號處理模塊(4)連接顯示模塊(7)對采集的距離數據進行現場顯示。5.根據權利要求1、2、3、4所述的一種FMCW雷達測距系統的測量方法，其特征在于:所述的算法處理單元(11)通過中頻信號計算距離數據的算法為:s = cTfb/4B 其中，B為掃頻寬度、fb為差頻信號頻率、c為光速、T為掃頻周期。
【專利摘要】本發明公開了一種FMCW雷達測距系統，其特征在于：所述的測距系統包括DDS模塊產生周期為T的三角波對FMCW雷達傳感器得到中頻信號進行調制，調制后的中頻信號經過AGC放大濾波電路后通過信號處理模塊得到距離數據，距離數據再通過ZigBee通信模塊送入上位機。由于采用上述的結構和方法，本發明結合FMCW雷達測距技術和ZigBee無線通信技術，在復雜的工業現場可以實現準確穩定的距離測量并且大大降低了現場安裝布線的難度，具有較好的實用價值。
【IPC分類】G01S7/36, G01S13/08
【公開號】CN105182323
【申請號】CN201510585547
【發明人】江濤, 高紅博, 周倪青
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月15日