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24G雷达感应模块雷达传感器的研究与设计

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24G雷达感应模块雷达传感器的研究与设计,基于24GHz雷达系统可用于远距离测速、测距、微动等感应。利用24GHzISM频段内的微波信号探测远距离目标时,入射波信号遇到目标有一部分会被反射,如果是静止的目标,回波信号将会有时间延迟,如果是运动目标,回波信号将会发生多普勒效应。回波信号与入射波信号进行混频后输出的中频(IF)信号含有目标的多普勒信息,利用一定的信号处理技术,可以从中提取出与目标相关的速度、距离以及运动方向等信息。基于24G雷达感应模块具有穿透能力强、抗干扰性能好等优点,它可以应用于汽车防撞、无人机软着陆、机器人避障以及智能家居等应用领域中。本文主要研究基于24GHz雷达传感器的系统设计和信号检测两个方面。前者通过合理的方案设计,改善整个系统的复杂度、信号处理方式,采用高度集成技术和可编程控制方式提高硬件系统模块化程度和调试方便性;后者采用可编程滤波器IC与低噪声中频放大器,提高对射频前端提供的低幅度IF信号的识别能力。


本文主要以24GHz雷达传感器系统的实现为目的,分以下几个部分对整个课题的研究过程进行记录、总结和归纳:1、FMCW雷达测距、测速原理。通过对相关论文、期刊等文献资料进行查阅,详细了解FMCW雷达的原理框,在此基础上运用公式推导FMCW雷达实现的理论过程。进一步加深了对FMCW雷达的理解,这些信息对雷达系统的整体设计有着重要的意义。2、提出一种基于24GHz的FMCW雷达系统的实现方案。此24G雷达感应模块雷达实现方案,以单片微波集成电路(MMIC)代替传统的分立元件设计的T/R组件,采用PLL频率合成方案。大大降低了体积、功耗和成本。另外,在中频信号的处理上,采用可编程滤波器和低噪声放大器。可编程滤波器具有截止频率正确可调、相位匹配度高并且内置可控增益放大器等优势,极大地提高了信噪比,在一定程度上弱化了FMCW雷达系统的低频干扰。但是,这也限制了雷达系统可以测量的小距离。选用极低噪声的放大器对中频信号进行放大,进一步提高了对有用信息的提取能力。3、运用HFSS电磁仿真软件仿真设计基于24GHz雷达系统的收发天线。了解HFSS电磁仿真软件,掌握软件用法。在此基础上,结合微带贴片天线基础理论设计单个天线单元,然后运用四分之一波长变换原理和切比雪夫佳系数分配比为整个天线阵列设计馈电网络。天线的总增益达到12dBm,波束宽度达到25°×75°以内。4、基于IAR软件编写系统软件。编写各个组件的控制部分,验证雷达系统的每个组件都能够正常工作。然后是对IF信号的检测。雷达(Radar-RadioDetectionandRanging)起源于第二次世界大战前,从1864年麦克斯韦提出“电磁场理论”,两年后,麦克斯韦用实验证明了电磁波真实存在,并且具有发射、接收和散射等特性后,为雷达的出现奠定了原始基调——无线电探测和测距。1903年ChristianHulsmeyer成功研制出了一部船用防撞雷达取得专利权。后来,在第二次世界大战背景下,出现了各种类型的用于发现、探测目标并测量目标距离的雷达。雷达作为作战辅助工具,却因为其特殊作用,在第二次世界大战前后,雷达的发展相当迅猛。二战后,虽然硝烟远离了普通民众,但各个国家意识到雷达在战争中巨大作用,因而军用雷达取得了很大的发展。一直到现在,24G雷达感应模块雷达技术已经运用到社会的各个领域:军用、民用、航天、航空以及航海等。从以前的用来发现战场上的目标,到现在的气象监测、海航预警、汽车防撞、自能家居等;从以前的超声波、红外、激光雷达,到先现在的微波、毫米波波雷达;从以前的测距、测速,到现在的全参数扫描,轨迹预测、跟踪。可以说雷达的发展在运用技术、使用场合、类型以及技术指标等方面都有了巨大的变革,雷达已经深入到普通民众的生活领域中。雷达作为第二次世界大战的产物,到如今运用到普通人的生活领域,经历了多次的技术更新,也促进了科技的进步。现今,更需要投入大量的人力、物力以及金钱到雷达的研发中,这对增强国防、促进关联领域技术进步、方便和保障人们生活有着尤其重要的意义。ISM(IndustrialScientificMedical)频段,作为开放频段,可以无需经过授权许可,提供给工业、科学和医学领域的相关研究人员研究雷达技术。基于24GHzISM频段的FMCW雷达可以运用于无人机着陆、机器人避障、近炸引信以及智能家居等领域。


它有如下几个方面的优点:1)发射的峰值功率可以很低,理论上没有测距盲区。与激光、红外等雷达相比,抗干扰能力更强、接收灵敏度更高;2)接收机采用模拟正交鉴相技术——“零中频处理”,除开多普勒频率考虑项,其差拍频率为零,这种技术既使中频信息能够全部保留,又可以在中频中实现,这极大的方便了对目标信息的处理;3)中频信号频率在K赫兹级别,可以用大多数集成电路处理;4)集成电路(IC)和MMIC的发展,使得系统设计变得更加简单,极大地简化了设计流程,缩小了雷达系统的体积与功耗并且降低了因为设计大量射频链路而带来的插入损耗。综上所诉,雷达技术的发展使得信号处理更加精密、复杂,对杂波的和环境研究更加深入,改善了复杂背景下对目标的探测能力;数字技术和集成电路的发展使得系统设计更加紧凑。但是,同时也带入了解决电磁兼容、从复杂波形中提取更多有用信息的任务;把24G雷达感应模块雷达应用发展到更多行业和领域也成为了雷达研究的重要意义。


1.2国内外研究现状从麦克斯韦提出“电磁波理论”并验证电磁存在和其特性,到世界上一部雷达面世,中间间隔了几十年时间,而到后面的雷达的迅猛发展,主要经历了第二次世界大战和之后大大小小的局部战争,可见雷达早期的运用主要是在军事领域。到现今面临社会发展的更多需求,社会各国都将雷达技术运用到了社会生活的各个方面。24G雷达感应模块雷达技术的新突破,结合军事和商业运用的小型化、经济化、高精度雷达需求,使雷达技术研究和运用多元化盛况;固态雷达和新的设计工艺使得许多技术关联领域,如:无人机、无人驾驶汽车和各种军用、民用、商用等领域的远距离无线探测技术都得以迅速发展;这些新技术是军用雷达、复杂环境探测、隐身和抗干扰技术发展升级后淘汰传统雷达解决方案的产物,另外数字信号处理(DSP)、MMIC、和端的天线技术也加速了雷达新技术的诞生。得益于强大的DSP和计算方法,有源电扫阵列(AESA)就是结合相控阵天线的在性能方面的优势之上引入有源控制而诞生,这种技术极大的增加了雷达的扫描精度和速度,同时也降低了机械控制的成本以及故障率。业界的包括诺斯普罗-格鲁曼公司、雷声公司、泰利斯公司等都在该领域投入了大量的研究;类似于5G无线通信开发的多输入多输出(MIMO)技术也被用于雷达阵列技术中,MIMO雷达利用更多个独立的发射与接收的天线实现空间分集,利用算法来计算雷达反射和获取复合分辨率,同时这些天线系统也可以独立工作于不同的频率,互不干扰,进一步提高杂波辨识能力,这类雷达系统已经在性能上优于传统的相控阵雷达系统,其具有更小的SWAP-C(尺寸、重量、功耗和成本);为了避开低频段内的频谱拥挤,获取高精度、高分辨率的能力,现代大多数雷达系统的工作频率已经在20GHz以上甚至包括毫米波波段,拥有高达G赫兹级别的带宽,方向性更强、抗干扰能力越来越高、体积更小。


现在,许多的汽车用24G雷达感应模块雷达系统可以有效地穿透光学传感器无法穿透的不利自然条件呢。对于雷达技术中的许多新进步与应用,虽然一些传统的雷达技术与方案也可以实现,但是SWAP-C的优势和数字信号处理能力的进步在日新月异的雷达领域越来越得到更加快速的应用,而且两者的能力与优势也得到实际上的证明。研究人员也正在研究一些更加先进的制造工艺与半导体技术,以推动它们的进一步发展,比如:基于基于GaN的T/R组件被用来替代传统的雷达,因为基于GaN的固态功率放大器(SSPA)在功率密度、可靠性、效率和带宽上都超过其他固态技术。为了进一步降低雷达器件的SWAP-C,各大科研院所、工业部分和美国国防部正在研究3D电子器件打印、模块化射频/微波器件设计技术和磁性材料增强应用方面的进展。体积更小、效率更高的柔性可扩展雷达器件,天线与射频/微波无源器件等,将实现更加先进的单兵携带、无人机载、近炸引信和商用雷达系统。这类技术可以在一个低成本的基片上打印天线、移相器、滤波器和传输线等。对于国内雷达的发展史来说,国内的雷达发展史可以概括为修配、仿制、自主研制、跟踪追赶和比肩超越五个阶段。


1949年5月,中国内地接手国名党雷达研究所,这标志着中国开始揭开雷达研究的序幕;20世纪50年代,中国开始仿制苏联的雷达,并成功仿制出了机载雷达、炮瞄雷达、舰载雷达、警戒雷达等;60年代到70年代中期,开始了自主研制;70年代中期以后,中国在雷达领域的新技术取得了不断的突破,实现“军民结合”,许多雷达系统已经开始走向了市场,中国自主研发的雷达具备了作用距离远、抗干扰能力强,分辨率高,可靠性更高的能力;进入21世纪后,中国的雷达技术与世界的差距已经越来越小;现在,我国已经在多个应用领域内研制出了世界首台雷达,我国的雷达技术已经与接轨,并在多方面处于世界领先水平。现在的雷达系统具有更优的SWAP-C,变得更加的智慧,不断地走入国人的生活中。对于大多数民用以及商用雷达系统来说,考虑到成本以及便携性,多采用调频连续波(FMCW)体制雷达,接收机采用零中频处理,即发射机发射出调频微波/毫米波信号,整个雷达系统根据收发信号之间的频率差(差拍频率)来确定目标的距离以及相对速度,FMCW雷达关注的指标主要是目标区分度和测量分辨率,其中目标区分度是指区分两个目标之间的小距离,如果这个距离太小,将会被认为是同一个物体;另外,测量分辨率是指可以测量的小距离(即可以达到的大正确度)。FMCW雷达可以以很小的体积,较低的成本实现,应用前景广阔,从而被许多研究者投入大量的精力,使其得到不断的技术更新和性能提升。


目前,FMCW雷达的工作频率主要是24GHz频段和77GHz频段。而根据美国FCC(美国联邦通讯委员会,FederalCommunicationsCommission)和欧洲的ESTI(欧洲航天技术研究所,EuropeanSpaceTechnologyInstitute)的规划,24GHzISM带宽范围主要集中在24GHz~24.25GHz,77GHzISM带宽范围为77~81GHz,拥有高达4GHz的带宽。理论上,载波频率越高,测距测速的精度也越高,拿英飞凌的24GHz与60GHz雷达相比,前者可以测量的短距离为0.5m左右,后者可以达到2~3cm,当然这也与天线有关。但是总的来说频率越高,其实现的难度也就越大。目前来说,24GHz雷达的研发产量在整个雷达工作频段内占有很大的比重,国产24G雷达感应模块生成厂商如飞睿科技、清能华波、杭州岸达等公司都是24GHz雷达市场的先行者,2018年布了24GHz1发2收和1发4收的雷达SG24TR12和SG24TR14,其他公司也先后发布了微波/毫米波频段的雷达收发芯片。2018年,是国内微波/毫米波雷达研究领域飞速发展的一年,其中森思泰克的24GHz防撞雷达已经覆盖了多款车型,豪米波科技的24GHz雷达在汽车前装市场的出货量达到2000套。虽然国内雷达芯片已经起步,但是国产雷达芯片企业主要开发射频收发组件,而射频收发单元在整个雷达系统中的功能和成本比重并不是很高,国内的雷达芯片还不具备雷达信号处理相关算法的核心功能。国外领先芯片企业正在向集成化、高精度方向迈进。

早在多年前,国外的TI公司、ADI公司、Infineon等公司就有成熟的24GHz雷达系统方案,现在大多数研究者在研究基于24GHz雷达收发芯片的“4D雷达系统”(“3D位置”+“1D速度”)。按照发射信号的类型,雷达可以分为连续波雷达和脉冲雷达两个大类,其中连续波雷达发射的是连续波形,其发射的波形可以是单频连续波(CW)和调频连续波(FMCW)。根据多普勒频移原理,单频率点的连续波雷达只能用来测速,调频连续波雷达既可以测速也可以测距,并且在近距离测量上的优势越来越明显。FMCW雷达有以下特点:1)FMCW雷达收发同时,在理论上不存在脉冲雷达的测距盲区问题;2)FMCW雷达与一般的脉冲雷达不一样,它的发射功率的平均值与其峰值近似相等,所以很小的功率器件就可以满足发射功率需要,从而降低了被截获或者被干扰的概率;3)FMCW雷达的原理简单,易于实现,相比于一些其它体制的雷达,如相控阵雷达、三坐标雷达等,它的SWAP-C(体积、重量、功耗和成本)可以更加具有优势;4)FMCW雷达存在测量距离较短,多普勒耦合以及收发隔离度低的缺点。在现代雷达系统的应用中,随着数字技术的发展,上述缺点可以得到较大的抑制,FMCW雷达在测距测速设备上的运用的优势越来越明显,本章将以FMCW雷达测距、测试原理作为研究的主要内容。2.2FMCW雷达基本原理FMCW雷达按照调制方式主要有正弦波调制,三角波调制,锯齿波调制等。在大多数情况下多采用三角波和锯齿波调制。


三角波调频FMCW雷达测距原理基于多普勒运动原理,根据物体的运动情况,发射波形在空气中遇到障碍物的反射波相对于原来的发射波形具有时间差和频率差。当目标静止时,回波信号与发射信号的频率时域一样,只是在时间上有延迟,这是因为发射波信号在发射源与目标之间存在往返传播延时,测得他们的时间差就可以测出他们之间的距离,此时向上扫频的差频与向下扫频的差频相等。当目标与雷达具有相对运动时所示,回波信号与发射波信号相比,既有时间延迟又有频率偏移,这是因为信号波在两个具有相对运动的物体之间传播具有多普勒效应。三角波调频FMCW雷达测速原理由前面一小节的分析可知,发射波信号遇到静止目标的回波信号只有时间延迟,没有多普勒频率,向上扫频与向下扫频的差频相等,对半个周期的差频进行采样和FFT处理即可以得出目标距离。当接收到信号来自于具有相对运动的目标时,回波信号与发射波信号相比,除了时间延迟外频率也存在偏移,此频率称为多普勒频率。

三角波调频FMCW雷达测向原理在多数雷达系统中,需要测量目标的运动方向,本文主要讨论的是目标相对于雷达的径向运动方向。为了提取运动目标回波信号中的运动方向信息,大多数雷达系统的接收机采用了正交鉴相处理技术,一种典型的正交鉴相处理器的原理框,本振信号经过PPF(PolyPhaseFilter)产生两路正交相干的基准信号,两路信号分别输入到模拟乘法器(相位检波器),另外一方面,经由接收天线接收到的回波信号经过LNA(低噪放)后分为两路输入到模拟乘法器,其中一路与90°相位的本振信号进行相位检波,得到Q通道信号;另一路与0°相位的本振信号进行相位检波,得到I通道信号。I/Q通道两路正交的中频信号可以用来提取相位信息,判断目标是远离还是靠近。除开测量误差和系统误差,I通道和Q通道两路信号理论上在相位上正交,当I通道信号的相位滞后于或超前于Q通道信号90°时,表明目标物体与雷达有相对靠近或者相对远离的运动。FMCW雷达传感器指标参数及理论计算根据课题研究要求,基于24GHz雷达传感器的测量距离范围为0.5m到30m,测距精度为±0.5m,适应速度范围为0m/s~500m/s。


下面将根据此指标结合上面的理论推导公式计算系统关键参数的理论值。从雷达系统发射信号的不同类型出发,引出具有明显优势和广泛使用的一种工作体制的雷达系统——FMCW雷达。根据一种典型FMCW雷达原理框,简单讨论了此种工作体制的雷达的原理框。然后从多普勒频移的角度出发,较为详细地讨论了连续三角波调制的FMCW雷达的测速、测距以及测向原理和公式推导,后,依据课题研究要求,针对测距范围和适应速度范围,结合理论推导公式给出了连续三角波相应的调制周期、调制带宽和中频信号频率范围的理论计算,同时在此基础上,依据奈奎施特采样定理确定对中频信号处理时需要选择的采样速率和快速傅里叶运算(FFT)的点数。这对后面的硬件设计和程序设计起着重要的参考作用。MCW雷达系统主要组件为发射器、接收器以及中频(IF)信号处理模块,其中,发射器的功能是产生一个24GHzISM频段的调制信号;T/R作为收发开关负责把调制信号发送到辐射天线以及经接收天线收到的回波信号加至接收器;接收器的功能是把接收信号经低噪声放大器进行功率放大后加至混频器与本振(LO)信号进行混频处理。这里的混频器即是模拟乘法器,混频器输出I/Q两路相互正交的IF信号(IFI/FIQ)。IF信号一般在200KHz以下,并且提供了目标的多普勒信息,信号处理模块对IF信号进行滤出杂波、放大有用信号、ADC采样处理以及FFT运算,后通过计算得出目标的距离、相对运动速度以及径相运动方向。频率源产生雷达系统工作频段所需要的射频信号,此信号应该具有稳定性、准确性以及纯净无杂散的特点[15]。频率合成技术就是在需要的频率段内,以一个或多个基准频率源通过频域线性运算后产生需要频率信号。现今的频率合成技术主要分为三种:一种直接频率合成[16](DS-DirectSynthesis),这也是早提出且运用也比较多的一种频率合成技术所示,为一种典型的直接频率合成器原理框,主要由基准频率源、分频器、倍频器、谐波产生器、上变频发射激励以及控制器等部分组成。直接频率合成技术原理简单、性能好,但是具体实现较为复杂,成本较高,且体积较大。信号处理部分主要是对有用的中频信息进行滤波、放大信号幅度、AD采样以及FFT运算等,后得出有用信号的频谱。根据奈奎斯特采样定理,合理设置ADC采样频率和FFT运算点数,可以还原有用信号的频谱。反应了对中频信号进行滤波和放大处理过程中,中频信号的频谱变化示意:为射频前端直接给出的中频(IF)信号,假设有用信号的频率在~之间,那么设计带通滤波的上限截止频率与下线截止频率,信号经过该带通滤波器后输出的信号频谱所示,可以看到前面产生虚警目标被滤出,但是另一个幅度较小的目标信号依旧被湮没在杂波中,所以经过带通滤波器的信号需要再加至中频信号放大电路,该电路应该具有提高中频信号信噪比的功能经过中频信号放大器后,有用信号的幅度可以达到检测阈值。经过上述处理过程的中频信号,包含目标多普勒信号的有用信号比噪声信号的幅度更高,合理设置检测阈值可以得到目标的多普勒信息。


FMCW雷达在计算机上通过对中频信号进行快速傅里叶变换计算中频信号的频率信息,然后根据第二章FMCW雷达基本工作原理中公式(2-8)来计算目标的相对距离。理论上,混频后得到的差频是一个频谱单一的正弦波,但在实际的测试过程中,会发现频谱中存在大量的干扰杂波,这是由于低频调制信号耦合大发射中中,信号传播过程中遇到的干扰物反射波以及电路板设计的不合理性,以至于射频前端输出的中频信号含有大量的杂波分量,这中间不止包括信号在空气中传播带来的干扰杂波,还有系统内部的信号泄漏、收发天线之间的耦合信号以及系统热噪声等所以了中频信号的检测一般是在存在大量杂波背景的频谱上进行,这对中频信号的滤波处理有较大的要求。20世纪70年代初期,单片微波集成电路(MMIC)的面世,大大减小了微波电路设计设计时带入的链路损耗,同时MMIC在噪声抑制、宽频带、大动态范围、大功率以及高效率的微波电路设计中取得了里程碑式的变革。随后,在武器、雷达以及通信等领域的推动下MMIC发展迅速。现代微波雷达系统的应用更趋向于向体积小、重量轻、成本低的方向发展,基于MMIC的应用,本研究课题提出了一种FMCW雷达系统的实现方案所示,该方案的硬件组件主要包括射频收发模块(T/R组件)、可编程滤波器、中频信号放大器、频率合成模块、处理器模块以及整个系统的电源模块。其中,T/R组件集成了发射器和接收器的大部分功能功能:包括发射支路的VCO、功分器、功率放大器以及接收支路的低噪放、混频器等,这便是得益于MMIC技术的发展;频率合成模块采用前面讲述的第二种频率合成技术——锁相环频率合成方案;可编程滤波器模块,可以通过程序控制滤波器的工作带宽,以适应系统需要;中频信号放大模块把滤波器输出信号放大,提高其信噪比,然后传输至处理器模块;处理器模块负责对后的信号做ADC采样和FFT运算处理,并判断目标运动和距离信息;电源模块负责给整个雷达系统供电,整个方案中除电源外总共用到的集成电路只有5个,这极大的降低的整个系统的功耗。锁相环路的的稳定性与环路噪声与环路带宽和相位裕度有着密切的关系。锁相环的环路带宽等于锁相环闭环频率响应的积分,其对锁相环路的影响主要表现为以下三个方面的特性。1)对外部信号带入的噪声(VCO输入噪声)的抑制特性,主要表现为低通性,即环路带宽越窄,外部输入信号噪声也越窄,对其抑制能力也就越强;2)对VCO本身噪声的抑制特性,主要表现为高通性,即环路带宽越宽,对VCO本身产生的噪声的抑制能力就越强;3)对环路锁定时间的影响,从系统需求的角度考虑,系统需要快速锁定时,环路带宽不能太小,因为带宽越小系统锁定时间就越长;另外环路带宽不能超过参考频率的十分之一,否则将导致环路系统不稳定。锁相环的相位裕度指开环传递函数幅度等于一时,相位相加180°的和,相位裕度与环路系统的稳定性有关,相位裕度越大,环路系统约稳定,但系统的阻尼振荡越小,这导致了系统的锁定的时间增加[34]。综上所述,对环路滤波器的设计需要谨慎选择环路带宽和相位裕度。利用ADI公司“ADIsimPLL”可以简化PLL设计,传统上PLL频率合成器的设计需要依照数据手册来建立环路滤波原型电路,并根据确定的锁定时间、相位噪声等指标,然后反复试验调试电路来实现合理的滤波环路。“ADIsimPLL”是一个完整的PLL设计包,简化了设计流程。进入软件后,选择基准频率、VCO输出频率、PLL芯片、VCO调谐斜率、环路滤波器类型以及配置滤波环路的带宽和相位裕度。根据ADF4159和BGT24MTR11提供的数据手册分别配置上述参数,运行、调试和仿真后环路元件参数,仿真软件分别切换到时域与频域选项卡可以观察到此时环路系统的锁定时间和相位噪声,可以看到配置所示的电路参数,可以使锁相环的频率锁定时间保持在25微秒以下,可以实现优于-100dB/Hz的相位噪声。系统在三角波调制模式系统响应的时域,该模拟了一个调制周期为160us的三角斜坡。


本文以FMCW雷达的整个系统方案研究与设计为目的进行了下面几个方面的记录与总结:1、对雷达的出现和发展历程进行了了解,从一台雷达出现到现在雷达已经深入到人们生活的各个领域,雷达技术有不断的更新和突破。满足现代战场空间需求和众多的雷达新应用都需要采用更加先进的技术和工艺,如数字与射频/微波硬件,模拟软件和测试系统。低SWAP-C的要求,让所有所有层面的雷达系统设计与实现正在发生变化,加速了下一代雷达系统的开发。射频集成电路(RFIC)、单片微波集成电路(MMIC)、DSP工艺以及材料科学和测试之间的界线已经变得越来越模糊不清。各个模块的设计越来越趋向于系统化,特别是基于24G雷达感应模块已经成为大多数民用以及商用雷达系统的选择。2、对FMCW体制的雷达在工作原理上对测速、测距等方面进行了详细的理论说明,FMCW雷达的工作原理是基于多普勒频移:对于静止物体的回波信号与发射波信号的差拍频率包含了波程时间差,对于运动物体的回波信号发射波信号的差拍频率包含波程时间差和杜普勒频率。在图文分析的基础上,对系统需要用到的参数进行了理论推算。3、对课题研究的内容进行了原理框说明的同时对各个模块分别介绍其组成部分和各自的功能,同时在此基础上提出了一种24GHzFMCW雷达系统的实施方案。依据方案对各个模块的器件进行选型介绍,证明方案的可实现性。后,按照方案画出电路原理并加工印制电路板。4、对系统中要用到的发射和接收微带贴片天线阵列进行了设计和仿真。先根据微带贴片天线原理估算单个贴片阵元的尺寸并仿真,单个阵元的设计满足要求;根据微带贴片整列天线理论和四分之一波长阻抗变换理论对4×1直线阵列的馈电网络进行了设计,并对整个阵列进行了仿真,从仿真结果看,天线阵列满足设计要求。5、对24G雷达感应模块系统硬件系统的各个模块进行分模块编程控制,整个系统采用模块化程序设计。测试T/R组件,上电后按寄存器默认值进行模块初始化,用示波器可以测试到Q2引脚(VCO16×65536分频输出)输出的频率约为24.8KHz,可以确定BGT24MTR11在单独上电工作时,因为其调谐电压引脚有内部上拉电阻,使得VCO在以其高频率在振荡,当与ADF4159一起工作形成锁相环后,频率能够的到正确控制,并能够在调制模式下工作。经测试所有组件都能够与处理器通过SPI正常通信。6、通过编程测试,可以发现FMCW雷达的有效噪声带宽与调制时间成反比,在一定范围内的调制时间越长,有效噪声带宽越低,分辨率越高,在这种情况下,发射信号的峰值功率可以很低就实现较高的雷达性能:对于给定目标作用距离更远。

uA级别智能门锁低功耗雷达模块让门锁更加智能省电节约功耗,指纹门锁并不是什么新鲜事,我相信每个人都很熟悉。随着近年来智能家居的逐步普及,指纹门锁也进入了成千上万的家庭。今天的功耗雷达模块指纹门锁不仅消除了繁琐的钥匙,而且还提供了各种智能功能,uA级别智能门锁低功耗雷达模块用在智能门锁上,可以实现门锁的智能感应屏幕,使电池寿命延长3-5倍,如与其他智能家居连接,成为智能场景的开关。所以今天的指纹门锁更被称为智能门锁。 今天,让我们来谈谈功耗雷达模块智能门锁的安全性。希望能让更多想知道智能门锁的朋友认识下。 指纹识别是智能门锁的核心 指纹识别技术在我们的智能手机上随处可见。从以前的实体指纹识别到屏幕下的指纹识别,可以说指纹识别技术已经相当成熟。指纹识别可以说是整个uA级低功耗雷达模块智能门锁的核心。 目前主要有三种常见的指纹识别方法,即光学指纹识别、半导体指纹识别和超声指纹识别。 光学指纹识别 让我们先谈谈光学指纹识别的原理实际上是光的反射。我们都知道指纹本身是不均匀的。当光照射到我们的指纹上时,它会反射,光接收器可以通过接收反射的光来绘制我们的指纹。就像激光雷达测绘一样。 光学指纹识别通常出现在打卡机上,手机上的屏幕指纹识别技术也使用光学指纹识别。今天的光学指纹识别已经达到了非常快的识别速度。 然而,光学指纹识别有一个缺点,即硬件上的活体识别无法实现,容易被指模破解。通常,活体识别是通过软件算法进行的。如果算法处理不当,很容易翻车。 此外,光学指纹识别也容易受到液体的影响,湿手解锁的成功率也会下降。 超声指纹识别 超声指纹识别也被称为射频指纹识别,其原理与光学类型相似,但超声波使用声波反射,实际上是声纳的缩小版本。因为使用声波,不要担心水折射会降低识别率,所以超声指纹识别可以湿手解锁。然而,超声指纹识别在防破解方面与光学类型一样,不能实现硬件,可以被指模破解,活体识别仍然依赖于算法。 半导体指纹识别 半导体指纹识别主要采用电容、电场(即我们所说的电感)、温度和压力原理来实现指纹图像的收集。当用户将手指放在前面时,皮肤形成电容阵列的极板,电容阵列的背面是绝缘极板。由于不同区域指纹的脊柱与谷物之间的距离也不同,因此每个单元的电容量随之变化,从而获得指纹图像。半导体指纹识别具有价格低、体积小、识别率高的优点,因此大多数uA级低功耗雷达模块智能门锁都采用了这种方案。半导体指纹识别的另一个功能是活体识别。传统的硅胶指模无法破解。 当然,这并不意味着半导体可以百分识别活体。所谓的半导体指纹识别活体检测不使用指纹活体体征。本质上,它取决于皮肤的材料特性,这意味着虽然传统的硅胶指模无法破解。 一般来说,无论哪种指纹识别,都有可能被破解,只是说破解的水平。然而,今天的指纹识别,无论是硬件生活识别还是算法生活识别,都相对成熟,很难破解。毕竟,都可以通过支付级别的认证,大大保证安全。 目前,市场上大多数智能门锁仍将保留钥匙孔。除了指纹解锁外,用户还可以用传统钥匙开门。留下钥匙孔的主要目的是在指纹识别故障或智能门锁耗尽时仍有开门的方法。但由于有钥匙孔,它表明它可以通过技术手段解锁。 目前市场上的锁等级可分为A、B、C三个等级,这三个等级主要是通过防暴开锁和防技术开锁的程度来区分的。A级锁要求技术解锁时间不少于1分钟,B级锁要求不少于5分钟。即使是高级别的C级锁也只要求技术解锁时间不少于10分钟。 也就是说,现在市场上大多数门锁,无论是什么级别,在专业的解锁大师面前都糊,只不过是时间长短。 安全是重要的,是否安全增加了人们对uA级别低功耗雷达模块智能门锁安全的担忧。事实上,现在到处都是摄像头,强大的人脸识别,以及移动支付的出现,使家庭现金减少,所有这些都使得入室盗窃的成本急剧上升,近年来各省市的入室盗窃几乎呈悬崖状下降。 换句话说,无论锁有多安全,无论锁有多难打开,都可能比在门口安装摄像头更具威慑力。 因此,担心uA级别低功耗雷达模块智能门锁是否不安全可能意义不大。毕竟,家里的防盗锁可能不安全。我们应该更加关注门锁能给我们带来多少便利。 我们要考虑的是智能门锁的兼容性和通用性。毕竟,智能门锁近年来才流行起来。大多数人在后期将普通机械门锁升级为智能门锁。因此,智能门锁能否与原门兼容是非常重要的。如果不兼容,发现无法安装是一件非常麻烦的事情。 uA级别低功耗雷达模块智能门锁主要是为了避免带钥匙的麻烦。因此,智能门锁的便利性尤为重要。便利性主要体现在指纹的识别率上。手指受伤导致指纹磨损或老年人指纹较浅。智能门锁能否识别是非常重要的。 当然,如果指纹真的失效,是否有其他解锁方案,如密码解锁或NFC解锁。还需要注意密码解锁是否有虚假密码等防窥镜措施。 当然,智能门锁的耐久性也是一个需要特别注意的地方。uA级别低功耗雷达模块智能门锁主要依靠内部电池供电,这就要求智能门锁的耐久性尽可能好,否则经常充电或更换电池会非常麻烦。
微波雷达传感器雷达感应浴室镜上的应用,如今,家用电器的智能化已成为一种常态,越来越多的人开始在自己的浴室里安装智能浴室镜。但是还有很多人对智能浴镜的理解还不够深入,今天就来说说这个话题。 什么是智能浴室镜?智慧型浴室镜,顾名思义,就是卫浴镜子智能化升级,入门级产品基本具备了彩灯和镜面触摸功能,更高档次的产品安装有微波雷达传感器智能感应,当感应到有人接近到一定距离即可开启亮灯或者亮屏操作,也可三色无极调,智能除雾,语音交互,日程安排备忘,甚至在镜子上看电视,听音乐,气象预报,问题查询,智能控制,健康管理等。 智能化雷达感应浴室镜与普通镜的区别,为什么要选TA?,就功能而言,普通浴镜价格用它没有什么压力!而且雷达感应智能浴镜会让人犹豫不决是否“值得一看”。就功能和应用而言,普通浴镜功能单一,而微波雷达传感器智能浴室镜功能创新:镜子灯光色温和亮度可以自由调节,镜面还可以湿手触控,智能除雾,既环保又健康! 尽管智能浴镜比较新颖,但功能丰富,体验感更好,特别是入门级的智能浴镜,具有基础智能化功能,真的适合想体验下智能化的小伙伴们。 给卫生间安装微波雷达传感器浴室镜安装注意什么? ①确定智能浴室镜的安装位置,因为是安装时在墙壁上打孔,一旦安装后一般无法移动位置。 ②在选购雷达感应智能浴室镜时,根据安装位置确定镜子的形状和尺寸。 ③确定智能浴镜的安装位置后,在布线时为镜子预留好电源线。 ④确定微波雷达传感器智能浴镜的安装高度,一般智能浴镜的标准安装高度约85cm(从地砖到镜子底),具体安装高度要根据家庭成员的身高及使用习惯来决定。 ⑤镜面遇到污渍,可用酒精或30%清洁稀释液擦洗,平时可用干毛巾养护,注意多通风。
冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器屏幕唤醒性能强悍智能感应,随着年轻一代消费观念的转变,冰箱作为厨房和客厅的核心家用电器之一,也升级为健康、智能、高端的形象。在新产品发布会上,推出了大屏幕的冰箱,不仅屏幕优秀,而且微波雷达传感器屏幕唤醒性能强大。 大屏智能互联,听歌看剧购物新体验 冰箱植入冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器触摸屏,重新定义了冰箱的核心价值。除了冰箱的保鲜功能外,该显示屏还集控制中心、娱乐中心和购物中心于一体,让您在无聊的烹饪过程中不会落后于听歌、看剧和购物。新的烹饪体验是前所未有的。 不仅如此,21.5英寸的屏幕也是整个房子智能互联的互动入口。未来的家将是一个充满屏幕的家。冰箱可以通过微波雷达传感器屏幕与家庭智能产品连接。烹饪时,你可以通过冰箱观看洗衣机的工作,当你不能腾出手来照顾孩子时,你可以通过冰箱屏幕连接家庭摄像头,看到孩子的情况。冰箱的推出标志着屏幕上的未来之家正在迅速到来。 管理RFID食材,建立健康的家庭生活 据报道,5G冰箱配备了RFID食品材料管理模块,用户将自动记录和储存食品,无需操作。此外,冰箱还可以追溯食品来源,监控食品材料从诞生到用户的整个过程,以确保食品安全;当食品即将过期时,冰箱会自动提醒用户提供健康的饮食和生活。 风冷无霜,清新无痕 冰箱的出现是人类延长食品保存期的一项伟大发明。一个好的冰箱必须有很强的保存能力。5g冰箱采用双360度循环供气系统。智能补水功能使食品原料享受全方位保鲜,紧紧锁住水分和营养,防止食品原料越来越干燥。此外,该送风系统可将其送到冰箱的每个角落,消除每个储藏空间的温差,减少手工除霜的麻烦,使食品不再粘连。 进口电诱导保鲜技术,创新黑科技加持 针对传统冰箱保存日期不够长的痛点,5g互联网冰箱采用日本进口电诱导保存技术,不仅可以实现水果储存冰箱2周以上不腐烂发霉,还可以使蔬菜储存25天不发黄、不起皱。在-1℃~-5℃下,配料不易冻结,储存时间较长。冷冻食品解冻后无血,营养大化。此外,微波雷达传感器5g冰箱还支持-7℃~-24℃的温度调节,以满足不同配料的储存要求。 180°矢量变频,省电时更安静 一台好的压缩机对冰箱至关重要。冰箱配备了变频压缩机。180°矢量变频技术可根据冷藏室和冷冻室的需要有效提供冷却,达到食品原料的保鲜效果。180°矢量变频技术不仅大大降低了功耗,而且以非常低的分贝操作机器。保鲜效果和节能安静的技术冰箱可以在许多智能冰箱中占有一席之地,仅仅通过这种搭配就吸引了许多消费者的青睐。 配备天然草本滤芯,不再担心串味 各种成分一起储存在冰箱中,难以避免串味。此外,冰箱内容易滋生细菌,冰箱总是有异味。针对这一问题,冰箱创新配置了天然草本杀菌除臭滤芯。该滤芯提取了多种天然草本活性因子,可有效杀菌99.9%,抑制冰箱异味,保持食材新鲜。不仅如此,这个草本滤芯可以更快、更方便、更无忧地拆卸。家里有冰箱,开始健康保鲜的生活。 目前,冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器正在继续推动家庭物联网的快速普及,相信在不久的将来,智能家电将成为互动终端。
乐鑫wifi模块代理商智能家居彩屏HMI人机界面,目前智能家居所应用的物联网设备种类越来越多,数据交互存储都是在云端,用户都是通过手机APP进行配网,没有专门的网关设备进行管理,不仅配网步骤繁琐,还有一个主要的因素是实时性不高,断网后更是无法应用。面对这一堆的问题,乐鑫wifi模块代理商就提出了基于5G和Wi-Fi6的智能家居中心的解决方案,方案不仅应用了5G和Wi-Fi6低延时、高速率特性,还保留了传统的WAN接口,用户可以5G、Wi-Fi、WAN之间自动无缝切换。同时应用乐鑫wifi模块代理商ESP32AI语音,让方案不仅支持本地化一键自动配网,还可以用你赋有磁性或是甜美的声音就能让家庭应用变的智能起来。 此方案可以基于本地化部署模式,支持更多的定制化环境,同时还增加了很多云产品所不具备的功能和集成。另外方案的应用还非常具有成本效益和确定性的扩展方式。如新接入一个扩展设备增加的成本很低,因为是本地化部署,客户以及用户都不需要为新增的设备做额外的费用支付。 彩屏HMI人机界面基于乐鑫wifi模块代理商ESP32 WIFI/蓝牙二合一双核CPU低功耗主控直接驱动彩屏的soc芯片,主频高240M,可以驱动SPI、MCU接口LCD彩屏、摄像头、TP等,同时可搭载自主开发的 GUI 平台固件,支持图形拖拽式编程以帮助用户完成自定义的控制平台的开发。 彩屏HMI方案可扩展功能强大,开发者可通过开发板两边的扩展接口进行按键、语音、摄像头等功能的开发调试,让开发者尽情发挥想象力进行二次开发的同时,还极大缩短用户的开发周期。 乐鑫wifi模块代理商基于ESP32的面向可视化触摸屏幕的开发板,板卡搭载自主开发的 GUI 平台固件,支持图形拖拽式编程以帮助用户完成自定义的控制平台的开发。开发者还可以通过对开发板两边的扩展接口进行按键、语音、摄像头等功能的开发调试,极大缩短用户的开发周期。方案常被应用于86盒温控器、带屏网关、热水器、烤箱等智能家居和智能家电领域。
乐鑫WiFi6到底比WiFi5强多少AI离线语音成为智能中控标配 一:更高的传输速率 1.WiFi6大的特点就是速度快。相比Wi-Fi5的高速率3.5 Gbps,Wi-Fi 6采用是更高阶的调制编码方案1024-QAM,使其大连接速率提升至9.6Gbps。 2.乐鑫WiFi6大的提升不是提高单个设备的速度,而是在大量设备连接时改善网络。WiFi6引入了一些新技术,它允许路由器一次与更多的设备通信。即使越来越多的设备开始需要数据,也能保持强大的连接能力。 二:更多设备的接入且能加快每台设备的速度和容量 1.乐鑫WiFi6的“6”还体现在了高密度接入。多设备同时使用还能保持高速网速:能让接入几十台的网速和只接一台的网速保持一致。 2、允许同一时间多终端共享信道:简单来说,以前WiFi5是一条车道多部车,WiFi6是一车道变多车道,数十台设备齐头并进共享网络。 三:降低终端设备的电池消耗 1.WiFi6中的另一项新技术TWT允许AP与终端之间协商通信,减少了保持传输和搜索信号所需的时间,终端功耗会降低30%。 2.可以统一调度无线设备休眠和接收数据的时间:允许终端设备在不进行数据传输时进入休眠状态,从而可节省高达7倍的电池功耗。 四:低时延 相比WiFi5,乐鑫WiFi6网络带宽提升4倍,并发用户数提升4倍,网络时延从平均30ms降低至20ms。无线接入点(AP)能同时处理多达12个的wifi流。 五:抗干扰能力 无线之间的干扰无处不在,而干扰主要来自相邻频段的无线电波叠加和同频干扰。WiFi6提出了一种信道空间复用技术,大大解决了此前由于信号的交叉覆盖而引起的干扰,理论上能彻底解决普通家庭的信号覆盖问题。 AI离线语音或将成为智能中控设备智能升级标配,随着“天猫精灵”、“小度”、“小米”、“华为”等品牌智能音箱的市场推广和市场普及,用户对语音识别控制技术已经有了一定的认知基础。语音控制方式因为简单、自然、高度符合人类的交互习惯,已经越来越受到用户的青睐,因此语音控制可能是未来几乎所有物联网产品的一种标配,这也是物联网发展的大趋势。 但是:这些都是在线语音范畴,由于过度依赖网络,信号稍微不稳定,话说出去半天没有回应,想要砸掉天猫精灵的事情也时有发生,另外限制了小厂商的发展,因为小厂商的实力不允许他们增加成本配备人手开发出所需要的场景应用语音;还有一个关健问题,那就是对于大部分中老年和小孩来说是一种使用障碍,装APP,各种信号配对,这是一件对老人和孩子操作非常困难的事情。 所以:AI离线语音是可以完美解决以上缺陷,目前离线语音其正确识别率、抗噪能力、语音指令词条数量、响应速度、功耗、体积、成本等等,都已经有了质的突破,可以快速让很多做传统电子电器产品的厂商实现对他们的产品低成本快速智能化升级。 离线语音识别方案完全不依赖无线网络,不用安装APP,不需要手机,即插即用,会说普通话就能控制,极其方便,而且离线语音识别速度非常快,没有任何迟钝的感觉,这样的体验感在5G技术完全普及之前,远远超过了在线语音识别方案。 乐鑫推出了特小尺寸的AI离线语音模块,串口传输,便可与产品的主MCU通讯,目前单麦支持100条语音命令,支持唤醒词、命令词、回复播报语自定义;双麦支持150条语音命令词。模块支持双语命令词识别,内嵌智能降噪算法,语音识别距离可支持5M远讲,还有大家关心的响应速度,模块是在你话音刚落下,命令可能也已经完成了,不足一秒的时间,完全可以忽略。 AI离线语音模块可快速应用于各类智能小家电,86 盒,智能开关、温控器、益智玩具,灯具等需要实现语音操控的产品。应用离线语音 AI 模块赋能设备的同时,还可以搭载HMI彩屏方案将语音技术可视化,从而大幅缩短家电、智能家居厂商智能产品的研发周期。 AI离线语音或将成为智能中控设备智能升级标配,乐鑫也致力于为传统电子电器制造厂商提供低成本、无风险、快速实现智能化产品升级的一站式IOT语音入口解决方案。
乐鑫WiFi模块代理商ESP32-S3彩屏旋钮屏温控器应用方案,温控器用于控制室内暖通设备,通过暖通设备为室内环境提供冷源和热源,从而调节室内的温度环境,为人们提供舒适的生产生活环境。现有的温控器大多都是数字电子式的,但为了实现对温控器系统启停、温度的调节、预设用户的目标温度、调节温控器时间信息等功能,一般都设置有多个按钮或按键,如上调按键、下调按键、模式选择按键、开关按键等。一是操作复杂,二是外观确实不好看!为此特推出基于乐鑫WiFi模块代理商ESP32-S3应用旋钮彩屏的温控器方案。该智能温控器可以应用简单、优雅的外形结构,极大的降低用户的使用难度,提供智能化的控制方法,实现节能与舒适的平衡。 旋钮彩屏的温控器方案选择理由:ESP32-S3在彩屏应用接口方面及彩屏直驱尺寸都有一个很大的提升,支持SPI QSPI,MCU(8080)接口的屏,还支持RGB接口的彩屏,合适7寸以下常用规格的屏; 客户在选择彩屏时,可选性比较多!产品可实现多样化!还有一个重要的原因,ESP32-S3,可直接作为主控,同时还拥有WIFI、蓝牙; 性价比高,成本控制有很大的优势。 在彩屏应用方面 ,他可以实现较复杂的人机交互,双核,1.2GHZ,可引出丰富接口,开机速度快,媲美全志V3S,但价格却便宜不少,所以很多开发者为这颗芯片在摩拳擦掌。 将它用于旋钮屏温控器方案,也正是看中了他的性价比!他可以驱动10.1寸以下RGB、MIPI接口彩屏,同时也可以当串口屏应用; 内容显示支持图片、GIF,视频。 乐鑫WiFi模块代理商ESP32彩屏开发板推出,来源于技术团队朴素的理念:要让产品更有温度。“有温度”意味着需要关注人和产品的互动。 彩屏无疑是直观的可视化互动方式,推出的一款基于乐鑫ESP32芯片的彩屏开发板,用一颗“芯”让产品同时拥有WIFI、蓝牙通信功能,还同时驱动3.5寸彩屏及触屏。有了彩屏还不够,还要考虑时下年轻人需要的懒人模式-语音互动。所以技术团队在彩屏开发板上又集成了离线语音模块,让产品除了有温度,还更AI智能。彩屏、语音多种互动方式,瞬间拉近了人与机器的距离,让机器不再冰冷。所以自一款彩屏开发板上市以来,就得到了做86盒温控器、带屏开关等智能中控设备的厂商和ESP32开发者玩家的追捧。但这远远还没达到我们的目的,因为在我们日常生活中还会用到很多的家用电器,大到空调、热水器、抽烟机、运动健身器,小到电饭锅、料理机、养生壶等等这些每天必用的电器,我们更希望让枯燥的应用变的更有趣。 彩屏将成为新一代家电升级突破点,对于应用场景的打造,它着重于单品本身的能力,不是因为有了云和手机,更多的应该考虑如何实现小家电本身的升级,一定要从裸跑8位单片机时代升级到智能彩屏的嵌入式系统时代。 目前为了更好的配合家电厂商进行产品升级,基于乐鑫WiFi模块代理商ESP32芯片推出了高性价比的不同尺寸的彩屏开发板:1.54寸、2.4寸、2.8寸、3.5寸供选择应用。当然,如果你还有特殊的应用需求,可以告诉我们,我们资深的技术团队会为您的产品升级保驾护航!  支持跨系统的嵌入式软件开发平台,开发者通过鼠标拖拽方式替代传统界面编辑和逻辑代码编写,系统应用中,不需要像传统的操作方式进行环境搭建、原型搭建,此系统是开发环境免搭建,不仅降低开发设计人员的技术操作难度还大大缩短产品的开发周期。
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