无线FMCW雷达液位计的设计

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传统的距离测量方式由于粉尘、水汽、温度等影响而不能准确的检测容器内液位,FMCW雷达测距技术却可在复杂环境下安全、准确地工作‘。此外,目前多数液位计的通信采用有线传输方式,现场安装布线较为复杂,而基于IEEE802.15.4的Zigbee技术可以实现工业现场的无线通信,并且具有功耗低、容量高、易组网等特点。本文结合上述两种技术设计了一种基于Zigbee的无线FMCW雷达液位计系统。首先介绍了]FMCW雷达测距的原理,从频域和时域两方面分析中频信号并推导出距离计算公式。然后对比了几种高精度测量算法,选择了适合本系统的公式拟合法。接着提出了系统的总体设计方案,系统由DDS模块、FMCW雷达、信号采集与处理模块、Zigbee收发等模块组成。其中,DDS模块由单片机和AD9833组成,通过产生三角波信号来调制FMCW雷达;信号采集与处理模块由信号预处理模块、DSP处理模块组成,该模块中硬件部分介绍了高通滤波器和自动增益控制电路的设计及调试,软件部分介绍了DSP中ADC模块,FFT计算的流程及应用优化的算法库实现了4096点的FFT计算。同时,将峰值搜索和公式拟合法应用于FFT计算的结果,从而计算出待测距离,以便在现场直接显示并由串口送至Zigbee模块;Zigbee收发模块主要实现测量结果的发送与接收并在上位机上显示的功能。最后对系统进行测试,系统能够快速处理中频信号并得出测量结果,其精度达到了设计的要求,满足在复杂情况下稳定测量的需求并且降低了现场通信布线的难度,具有一定的应用价值。
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