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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。

雷达传感器摄像头视频复合障碍物检测识别防撞探测系统,普通公共交通工具有地铁、公交、轻轨等,由于其不排放SO2等有毒尾气等有害气体的优点,在国内许多城市交通建设部门受到青睐。为保证行车安全,电车一般都是在马路中间行驶,在人行横道与拐弯处有必要采取保护措施。作为一种比较成熟的产品,毫米波雷达的检测性能十分稳定,对环境要求不高,即使在雨雪天气下,它也能很好地工作。其功能主要是对目标距离的测量,对目标的速度和方位进行测量。除功能多样外,毫米波雷达在其它方面也有其优势。比如,它的结构很简单,利用新的RF收发芯片,很快就能形成一套完整的系统;由于工作频率的关系,毫米波雷达发射功率很小,并且可以达到很高的分辨率和灵敏度;与此同时,它的天线可以做的非常小,在主动防撞系统中,毫米波雷达传感器已经成为必然的选择。经实践检验,雷达系统存在人和车不能检测的问题,因此该系统增加了视频设备对近距离行人、单车和车辆的探测预警。 电车雷达视频复合防撞系统是利用雷达传感器和视频传感器联合检测列车行驶前障碍物,评估其危害程度,给出相应的等级预警信号。它具有检测有轨车前障碍物、危险预警和实现与车信号系统控制主机网络通讯等功能。它主要由雷达传感器、雷达系统主机、视频传感器、视频系统主机、防撞障碍物视频融合系统组成。障碍防撞系统主要包括雷达系统和视频系统,它是对远距离车辆目标的跟踪预警,以及视频系统对近距离目标的探测预警。 雷达系统构成障碍物防撞雷达系统由雷达传感器、数据处理模块、电源模块、线缆、安装架和系统软件组成,其中数据处理模块和电源模块采用一体化设计构成系统主机。视频系统构成视频系统,由视频传感器、摄像单元、数据转换和供电模块组成,其中包含镜头和视频处理模块,摄象机对视频数据进行采集和处理,数据转换和供电模块负责视频系统的供电,以及视频系统和雷达主机之间的数据传输功能。 采用毫米波雷达传感器FMCW体制实现了对障碍物的探测与识别,通过两次多收天线方式,可有效地检测多个目标参数。雷达法是利用障碍物反射电磁波现象来发现和确定目标位置的。该方案将障碍物探测雷达安装在有轨电车上,工作于24GHz毫米波段,采用FM连续波测量障碍物距离,并采用数字波束形成技术进行目标定位。接受波束形成器利用n个接收天线阵元构成的天线阵列,接收波束形成技术将多个接收天线所接收的信号合成一个波束。综合的信号在接收波束增强时,通过相位补偿确定波束方向,并根据所需接收回波信号,通过相位补偿确定波束角,可以接收到所需的回波信号。所以起到了空间滤波作用。该接收天线具有较高的灵敏度,能够检测到每一个接收波束在空间辐射范围内具有与多个接收波束相同的微弱信号,因此从技术实现上来说,与多波束收发相比,多波束接收更容易实现,且易于处理,故采用宽波束、多波束接收方式。该雷达安装在有轨电车上,其天线采用两次多接收方式,可进行短距离和远距离混合测量。近距离测量采用宽波束,雷达的方位角50°,垂直波束角4°,探测距离60m;远距离测量采用窄波束,雷达的方位角20°,垂直波束角4°,探测距离200m。窄波束主要用于捕捉远距离目标,帮助驾驶员及时发现目标,并有足够的反应时间,可以有效地避免有轨电车在通过交叉路口时,由于某些突发事件而造成的交通事故。宽频雷达波束主要捕获车头近区域内视觉盲区不易察觉的近距目标,从而避免有轨电车发生一系列因盲区而引起的碰撞事故。 通过距离-多普勒二维回波处理,实现目标距离、速度信息的一体化测量,改进数据处理的实时性,提高信号处理累积增益,从而有效地提高雷达传感器系统对目标的检测灵敏度,是解决多目标识别问题的一种有效方法。多普勒处理方法利用锯齿形调频连续波信号,通过采集多个循环的数据获取平均值,并以每个周期的实际值减去该平均值,可有效地抑制固定杂波的部分,从而简化了后续信号处理。在复杂环境下,该算法还可实现运动目标的距离和速度的去耦合。雷达波形采用锯齿波线性调频连续波,该雷达信号由单扫频信号构成,每一周期仅有一个调频斜率,即信号频率在一个周期内先逐渐升高,到设定值后迅速降至初始值,循环重复。这类信号对于现有的信号发生器来说是比较容易产生的,因此在现代雷达系统中得到了更广泛的应用。 视频近距探测系统雷达传感器视频复合防撞系统视频系统采用成熟的产品。它主要应用于对近距离目标的前方避碰预警(FCW)和行人碰撞预警(PCW)。录像机的摄像是非广角拍摄,拍摄角度有限,因此需要将摄像机安装在距离中轴线左右两侧15cm以内,同时安装位置应尽量不遮挡司机视线。在雷达视频复合防撞系统中,由视频采集器的主机过滤,然后与雷达发出的报警信息融合,输出预警信息,对有轨电车驾驶员发出警告信息,避免碰撞。 雷达传感器限界内障碍物检测识别障碍物探测系统能在有轨电车运行限界内探测到目标、距离、速度、利用现代数字滤波器,根据其运动特性(近/远)的运动特性,对目标轨迹进行测向计算,再利用现代数字滤波器预测它的运动轨迹。计算评价有轨电车目标移动速度和制动特性时,对电车危险程度进行评定。静态指标。在限界内要识别静态目标,并移除有轨。动态目标。在限界内,动态目标应该按照其运动轨迹进行危险度评价。障碍检测系统不能误报、漏报前方障碍。 雷达传感器限界外障碍物检测识别障碍物探测系统,能在有轨电车在运行过程中探测到目标,测速、测速、方位,然后用现代数字滤波跟踪预测有轨电车的轨迹。通过运动特征(接近/远离等)、到电车的距离、目标物的速度、电车的速度、制动特性,计算出其对电车的危险程度。静态指标。在限制范围外,应该去掉静态目标。动态目标。在限定范围外,需要确定动态目标,并根据其运动轨迹判断是否有害。 坡道、弯道障碍物检测识别障碍物检测系统根据线路数据和列车定位信息,识别出当前的列车坡道、弯道路况等线路状态。 (1)斜坡。对于上、下坡道道路,障碍物检测系统需要分析线路坡度等情况,并进行障碍物报警识别,不能因为上、下坡道的误报或漏报。 (2)弯曲。障碍物检测系统在弯道路况下,对弯道转弯半径等线路状况进行分析,调整线路限界,并进行障碍物报警识别,避免误报和误报。 平交路口障碍物检测识别障碍检测系统根据线路数据和列车定位信息,判断列车当前位置是否是平交口。对于交叉路口的路况,障碍物检测系统需要考虑前方车辆较多和车头近距盲区的情况,调整探测分析和预警算法,对障碍物进行报警识别,不应因平交路口造成误报或漏报。 多级预警功能障碍探测系统可以检测32个障碍物的距离、方位及移动障碍物的轨迹。该系统的处理中心根据检测信息和电车本身的运动参数,例如列车运行速度等,来确定碰撞可能发生碰撞的位置和预计碰撞的时间,识别前方障碍物的危险等级,并将危险目标实时传送到车载设备上。依据电车紧急制动速率,常用制动速率将预警情况分为三种,分别为有碰撞危险、有无可避免碰撞的可能性。如果障碍物检测系统检测到障碍物有碰撞危险,就会发出警报。火车在靠近障碍物位置或可能发生碰撞的地点时,系统判定列车极有可能发生碰撞,应及时采取常规的制动措施。并且当列车接近于障碍物位置或可能发生碰撞的地点时,系统判定为无法避免的碰撞,必须采取紧急制动措施。 视频系统功能(1)正面防撞。发出警告音的声音是在与前车有可能发生碰撞之前的2.7秒内;警报声是一连串的高声蜂鸣声。(2)低转速防撞。警告音可能是在与前车低速相撞之前发出警告声;在30km/h以下的时速,以一系列短促的高音量蜂鸣声报警。(3)行人躲避碰撞。在经过车辆前行的道路时,行人发出警报;只有当日间车速低于50km/h时才启动;在昏暗或夜间,系统不能工作;报警声是一连串高音蜂鸣声。气候、光照等因素会对视频系统的识别和反应能力产生很大影响,如部分或完全阻隔视觉传感器的视野,将导致视频系统功能的丧失或减弱。 障碍防撞雷达视频组合系统为有轨电车运行提供辅助安全预警功能,提示可能出现的危险;雷达传感器和录像设备虽然已应用到相关领域的先进创新技术,但是仍然无法保证百分之一百的准确探测车辆和行人,因此无法保证提供所有相应的声音警告。由于道路、道路设施、天气等因素都会对系统识别和反应能力产生很大影响,因此,应继续遵循安全驾驶规范和安全驾驶惯例,并辅以该系统的使用。
以gd芯片代理商GD32为基础制造业实现智能化通用变频方案GD集成栅极驱动器赋能电动工具应用,以GD32F303为基础,支持制造业实现智能化改造,通用变频方案设计。2020年9月,我国确定了碳达峰和2060年碳中和的目标,今后40年内实现碳减排净零排放对中国来说将是一项艰巨的任务。对电动机行业而言,电机在工业领域占据着重要地位,据统计,我国电机年消耗电力总量的69%和工业用电总量的75%左右。所以降低电机寿命中的碳排放,加快电机减碳过程是电机工业面临的重要课题。变频器技术能够正确地控制交流电动机的转速,使其处于节能状态,是对传统电动机系统进行调速,提高电动机系统运行效率的关键措施。常规变频器具有体积大、性能低、价格高等特点,另外对环境也有一定要求,对于分散控制的场合,传统变频器很难满足工业应用的需要。 本文以以gd芯片代理商GD32MCU为核心的VF/矢量变频器控制系统,采用模块化设计,控制面板,用户界面可根据需要自由组合,安装方便.编程及初始化设计,容易实现异步电机调速要求。结合总线技术,可以方便地与控制系统.集散系统相连,实现计算机驱动系统控制和工厂车间集中控制。所以本变频器在汽车、食品、物料输送.工业控制等智能制造领域有着广阔的应用空间。 方案特点: 设计内核采用GD32F303RCT6控制,使系统结构简单、易于实现、成本低、可靠性高。系统在优化硬件结构的同时,不降低系统性能,硬件系统模块清晰、直观,便于安装使用和程序初始化。采用SVPWM控制技术,可以有效地降低逆变器输出电压谐波成份,提高电压利用率,提高控制精度。 以gd芯片代理商GD32F303介绍: 1、Cortex®-M4内核@120MHz。 2、软件和硬件支持DSP指令。 3、flash存取为0等待。 4、内建256KB到3072KB的闪存。 5、内装48KB到96KBSRAM。 6、EXMC接口支持外部SDRAM。 7、多达5个UART(9Mbit/s) 8、多达3个SPI(30Mbit/s) 9、多达2个I2C(400Kbit/s) 10、多可达到2CAN2.0B。 11、I2S的高值是2。 12、SDIO.EthernetMAC支持。 13、USBOTGFS支持。 14、高达3个12位,2.6MSPSADC(多达24路) 15、多达为2DAC。 16、备用电流是2毫安。 关键的控制原则与实施: 该调制器具有线性范围宽、高次谐少、易实现数字化等特点,广泛应用于异步电动机。MOS管在传统的三相桥驱动电路中有8种开关组合,即000.001.010.011.100.101.110.111。000.111是零向量。6个非零基压空间矢量把αβ平面分成6个扇区。通过对8个基本空间电压矢量作用时间的控制,得出了各基本空间电压矢量作用时间及输出次序,获得圆周旋转磁场。 TIMER0模块是以gd芯片代理商GD32中的一个增强型定时器模块,天生用于电机控制,可产生3组6路PWM,每组2路PWM可作为互补,并可带死区使用,可用于驱动H桥。用三通道TIM0模块产生总共6路PWM输出。以下是详细的步骤: 打开TIM0时钟,将相应的IO口设置为多路输出。 将TIM0设定为ARR和PSC,当TIM0打开时钟后,设定ARR和PSC两个寄存器的值,以控制输出PWM的周期。 为TIM0_CH0.TIM0_CH1.TIM0_CH2设置PWM模式。 通过TIM0的CH0~CH2输出,使能量达到TIM0。 修正TIM0_CCR1~TIM0_CCR2以控制占空比。 利用上述配置,配合GD32F303运算能力,实时调整占空比,达到矢量控制效果。 赋能型电动工具应用GD30DR8306高集成栅极驱动器,电气工具是以电为动力的各种通用构造器具,一般还是依靠工人手工操作,广泛用于建筑装修、轻工制造等领域。与纯人工手工工具相比,电动工具通过电力大幅度提高工具的扭力.转速.冲击力等,大大提高工作效率。普通电动工具有电钻.电动砂轮机.电动扳手.电动螺丝刀.电锤.电钻.混凝土振动器.电刨等。根据等级,电动工具可以分为专业级、工用级和通用级。 1、根据市场规模,2020年全球电动工具市场约为360亿美元,2025年约为460亿美元,而2017年CAGR约为5.3%。 2、从市场细分来看,专业级以上电动工具占商业用途的比重为63.2%,相对于一般居民用途的30.8%,这种结构在较长时期内将保持基本稳定。 3、从区域市场上看,2019年北美市场份额.亚太市场份额与欧洲份额持平,分别为30.8%.28.7%和28.6,另外11.9%的地区,如拉美非洲,这类结构同样也将保持相对稳定,到2025年,亚太地区将略升至31.1%。 以gd芯片代理商GD30DR8306驱动器主要特性: GD30DR8306是三相栅极驱动器,带有可选的DC/DC降压控制器。所述芯片包含三个半桥驱动器,每个驱动器可以驱动两个NMOSFET,并支持大的拉电流和1A的灌流能力。根据应用中所用功率MOSFET的不同,驱动电流会自动调节。专用转换率控制用于降低栅极驱动EMI值。GD30DR8306可以在4.5V到30V单电源下工作。这个装置与一个支持100%占空比的可调节电荷泵相结合,从而提供门极驱动电流和内部LDO。 1、电压4.5-30V宽压供电; 2、可编程序的门极驱动电流,峰值1A灌流和1.2A拉电流; 3、智能化的高端低端压摆控制; 4、PWM输入控制高可达200kHz; 5、可选择2个PWM模式(6x和3x); 6、内置5V/2ADC-DC电压降控制器; 7、3.3V和5V数字接口; 8、整合5VLDO; 9、散热增强:QFN32(5x5); 10、保护职能: --死区时间插入; --MOSFET直通保护; --过温保护; --故障诊断; --VDD欠压闭锁(UVLO); 成功案例: GD32F303+GD30DR8306。 配置1650中空杯型无刷马达。 电源电压:锂电池7.4V,锂电池11.1V。 速度:100~30000rpm。 控制模式:无霍尔FOC/无霍尔方波。 这个方案的主要特征: 1、所用的以gd芯片代理商GD30DR8306驱动芯片将3个开关二极管集成在一起,例如IN4148,1个5VLDO,1个DC-DCBuck控制器,使得外围电路元件大大减少,节省了PCB空间,降低了BOM成本。 2、使用完全的NMOSFET,一致性好,稳定性好。与传统的P+NMOSFET电路设计相比,由于PMOSFET和NMOSFET的Rdson阻值有较大差别,PMOSFET的管道速度比N慢,在弦波控制/或方波调速时很难做到均衡。 3、利用FOC算法控制中空杯无感电机,具有良好的动态性、低噪声、高效率、长寿命及良好的使用体验。
RTG起重机雷达传感器防撞装置轮胎式龙门起重机防撞领域应用,轮胎式龙门起重机(rubber-tyredgantrycrane,RTG)是专业化集装箱码头堆场中的主要作业机械。在堆场设备稠密的环境中,随着作业箱数的增加,设备防撞防护显得尤为重要。在堆场设备防撞器中,目前主要采用超声波和激光传感器。这两种测距离防撞器都容易受到光、噪声、雨雪等环境的影响,出现频率误报,实际使用效果不佳。为保证RTG作业安全性,在充分调研市场的基础上,研制了雷达传感器进行RTG防撞。雷达感应器不受光、噪音、雨雪等环境的影响,性能更可靠,能有效地防止RTG间和RTG车间的碰撞。 1、雷达传感器在RTG防撞领域的应用研究 在RTG防撞领域中应用的传感器应符合探测距离不小于20m、减速区、停车范围可调、反应时间不超过0.5s、直接与可编程序逻辑控制器的输入输出端连接。环境因素如积雪、雾气、冰雹、强光等。由于采用了广泛的24GHzFM连续波技术,该技术在RTG防撞领域的适用性主要体现在: (1)能实时检测到探测区域内的静止及移动目标; (2)支持20米的探测距离; (3)发出警报(红色),警报(黄色)、信息(绿色)等3个可单独设置的警报区域; (4)具有非常正确而灵活的可配置区域(1.8~20.0m); (5)3种继电器输出; (6)可以通过计算机软件对其进行配置,并且可以通过通用的串行总线接口进行各种调节和配置。 根据雷达波探测的特点,雷达传感器不仅能防止RTG间的碰撞,还能检测RTG前方障碍物和人员,具有广泛的防护范围。利用雷达传感器进行有效挖掘,可以弥补港口机械测距和激光测距所存在的不足。 2、雷达传感器与RTG的安装与应用 常规RTG防撞器一般安装在主梁上方,以降低干扰源,因此,它只能防止RTG之间的碰撞,也不能阻止RTG与其车道上的障碍物碰撞。根据雷达传感器具有满足多种保护要求的特点,把它装入RTG大轮位置,可同时防止RTG机箱和RTG机箱之间的碰撞,极大地节约了集装箱码头的防撞费用。在RTG大车护栏距地面约1.5m处安装雷达传感器,扫描范围为水平7°(可调),垂直28°(可调)。当前,大多数港口已经实行RTG“油改电”,采用滑触线供电,因此,在RTG防撞领域,城市电滑触线防护尤其重要。RTG雷达传感器证明:车道侧滑触线柱、正常堆叠集装箱(包括普通集装箱和冷藏集装箱)及地面杂波都不会使雷达传感器发出错误的减速或停止信号;当RTG逐渐靠近前方RTG时,雷达感应器发出正确的减速或停止信号,20m的探测距离可保证RTG有足够的减速或停止反应距离;雷达传感器能准确地探测车道内的工作人员,并控制RTG及时制动;如果集卡在规定的白线区域内,那么雷达传感器就不会发出引起RTG误动的信号;如果集卡驶出,或者它的尾挂盘在白线区域之外,雷达传感器就可以正确地探测到它的距离,并控制RTG减速或停止。 3、雷达传感器在RTG防撞方面的应用效果 通过对RTG防撞系统的实际应用,雷达传感器具有超声波或激光传感器的测距功能,适用于RTG间防撞和RTG防撞两种工况,并且不受暴雨、强风、高温等环境因素的影响,使用效果良好。雷达传感器具有远距离、高抗干扰性好等优点,因此,雷达防撞器作为RTG大车辅助安全防护装置,在未来提升机自动化操作领域中起着重要作用。
乐鑫wifi模块代理商ESP32的IoT心电监测应用智能扬声器荣获AlexaVoxCon年度创新奖,应用ESP32进行IoT心电监测,AlexNewton提供了一个基于ESP32的IoT心电监测(ECG)教程,它显示远程心脏监测可以在医生和病人无论之间有多远。 心脏疾病不可忽视。对病患进行早期心电图(ECG)信号的监测和分析,可防止心脏病的恶化。ECG是一种心电信号,它能为判断病人心脏状况、诊断病人心律失常.起搏功能.心衰等提供重要信息。采用AD8232传感器和乐鑫wifi模块代理商ESP32的IoT心电监测产品并非医疗设备,也并非打算用作医疗设备,但它展示了如何利用物联网来改进病人的心脏监测。此外,该项目还显示,IoT技术能够将医生和偏远地区的病人隔离开来,医生可以远程在线监控来自患者心脏的心电信号。‘ 该项目要求的组成部分如下: 1、AD8232心电传感器及电极 2、乐鑫wifi模块代理商ESP32 3、一种带有小型USB接口的5V适配器电源 AlexNewton的教程展示如何在任何IoT云平台上监控同样的心电图。一个是AD8232心电传感器需要与ESP32相连。心电图就会连接到患者胸部或手,产生ECG信号。使用Ubidots参数(比如API键或标记),心电图可以通过MQTTBroker向云发送。AD8232心电传感器是一种经济有效地测量心电活动的PCB板。设计的初衷是采集噪声(如由于移动或远距离电极产生的噪声等),可放大并过滤微弱的生物电信号。由于AD8232单引心率监测仪像运放器一样,能很容易地得到清晰的心脏信号。 ESP32可以通过它的SPI/SDIO或I2C/UART接口连接到这样的系统,提供Wi-Fi和蓝牙功能。AD8232心电传感器项目采用的乐鑫wifi模块代理商ESP32模块为ESP32-WROOM-32。这个模块包含了ESP32芯片、Flash闪存器、高精度分立元件,和拥有良好RF性能的PCB天线。 根据线路图,将AD8232心电传感器与ESP32-WROOM-32连接,该模块供电电压为3.3V。GND随后被连接到GND。AD8232的输出管脚是模拟信号,它与ESP32-WROOM-32的VP管脚相连。与此类似,AD8232上的LO+和LO-针应分别在ESP32-WROOM-32上与D2和D3插针相连。同时,我们也需要像Ubidots这样的物联网平台来把数据放到云端,使开发者很容易地获得传感器数据,并将其转换成有用的信息。 ESP32智能扬声器荣获AlexaVoxCon“年度创新奖”,乐鑫的合作公司SirenaTechnologies推出了基于乐鑫ESP32和ESP32-LyraTD-DSPG设计的智能语音产品,并在印度获得了AlexaVoxCon的年度创新奖。 AlexaVoxConConference,印度首都新德里,音乐合作公司SirenaTechnologiesPrivateLimited获得了“Alexa语音服务”(AlexaVoiceService)又称AVS年度佳创新奖。优胜者AlexaAdaptor和SmartSpeaker均采用乐鑫wifi模块代理商ESP32芯片和ESP32-LyraTD-DSPG音频开发板作为参考设计。基于乐鑫ESP32和乐鑫ESP-IDF操作系统的参考设计相比,采用的BOM数量很少,大大降低了设计智能音箱的成本,并减少了投入市场的时间。 亚马逊推出的一款智能助手Alexa可以进行语音交互、音乐播放、制作任务清单、设置闹铃、流媒体播客、播放有声书,并提供天气、交通、体育和其他实时信息。Alexa语音服务允许开发人员通过话筒和扬声器向连接的产品提供语音功能。整合后,您的产品将能够使用上述Alexa内建功能,并可以使用Alexa技能工具箱开发第三方技能。SirenaTechnologies基于Alexa设计的智能语音产品AlexaAdaptor和SmartSpeaker采用乐鑫wifi模块代理商ESP32-LyraTD-DSPG音频开发板,搭配DBMD5PDSP芯片,3麦克风。除具有Alexa的多轮对话.音乐流媒体服务.设置闹钟、代办提醒等功能外,AlexaAdaptor也支持外接功放器来播放音频,音乐的流媒体可以通过本地扬声器播放;SmartSpeaker也能用智能手机播放本地音乐。 乐鑫ESP32芯片接入了Alexa语音服务,并且支持所有的LyraT开发板。其中的核心ESP32-LyraTD-DSPG是一款与DBMD5PDSP芯片配套使用的乐鑫wifi模块代理商ESP32芯片的乐鑫音频开发板。它具有消声回波(AEC)功能,适用于语音识别、近、远场语音唤醒等应用场景,可对WAV、MP3、AAC、FLAC、OPUS和OGG等多种音频文件格式进行无损编码/解码。这款开发版也支持与亚马逊的AVS(Alexa语音服务)相连接、谷歌的Dialogflow和谷歌语音助手GVA。
AI人机智能穿戴无线交互式雷达传感器物体移动接近远离感应手势识别,人机交互技术作为人工智能(AI)的一大技术基础,随着近十年的不断突破,人类-计算机交互(HCI)逐渐成为人类-机器交互(HCI)的发展,其更高效率的传感技术迎来了巨大的市场需求。在人-机交互过程中需要大量的传感器,高清晰摄像机、声音传感器、毫米波雷达传感器、电容感应器、近程传感器、红外线传感器等,它们都可以用来探测外部环境和物体的反应。伴随着半导体技术的发展和微波/毫米波集成电路(MMIC)技术的发展,毫米波传感器在人机交互中的应用逐渐成为现实。目前,全球的主要公司已经开始开发毫米波交互技术,比如,德国的英飞凌(Infineon)和美国的Google等。毫米波雷达传感器有很宽的带宽,能够非常正确地检测并反馈信息,例如某些物体的移动或手势的改变。在此基础上,毫米波传感器被用来对可穿戴设备进行手势控制,以检测用户接近、远离或改变姿势。 可穿戴的毫米波人机交互技术构想,人-机交互经历了鼠标到多点触控阶段,发展到目前流行的体感技术。就其发展趋势而言,可穿戴设备人机交互技术能够通过毫米波雷达传感器感知人体的动作(姿势、姿态、距离、速度、加速度等),虚拟用户表达模块经过信号采集、处理、理解和管理后,与计算机进行交互式对话,可以大大提高用户的交互体验,不仅仅是体感游戏,更重要的是将来学习、工程训练、机械操作、运动训练等许多场合,都有很好的应用前景。相对于红外线等光学人机交互技术,采用毫米波雷达传感器的人机交互技术具有以下优势:(1)毫米波人机交互技术具有更好的抗干扰能力;(2)毫米波不依赖自然光、不分昼夜、不分昼夜、具有良好的全天候工作特性;(3)毫米波雷达通过计算相移,(4)利用极低的计算量获得目标的运动特性;(4)基于人机交互技术的毫米波雷达传感器在商业应用中有其优点。(5)毫米波对塑料、砖、板等材料具有良好的穿透性,可用于某些特殊场合。单频率连续波(CW)和FMCW型式的毫米波雷达传感器是由周期直流或三角/锯齿波函数调制的。被调制发射的雷达信号从目标反射/散射回接收器后就产生了时间、频率和相位的差异,其中,时间延迟就是毫米波往返的时间;可用于计算目标的距离;频率变化是由物体的相对运动引起的多普勒效应,可用来计算目标的速度;相位的差别是物体相对波前阵面的位置差;可用于计算目标方位。将接收器信号与发送器信号进行参数化,减去静止不变的背景环境噪声,可得到表示目标特征的各种信号参数。 在FMCW模式雷达中,调制波形为锯齿波,连续波(CW)模式为常数电平。CW/FMCW双模式毫米波雷达的传感设计了一种应用于人机交互的毫米波雷达传感器,采用两种雷达共用一个雷达前端,CW和FMCW两种雷达系统的切换控制。采用时域分离的方法,将VCO通过单刀双抛开关(SPDT)开关(SPDT),将VCO分别装入两种不同的调制信号(恒定或锯齿波),并对相应的中频信号处理电路进行处理。该雷达工作于CW模式,调制波形为一个正常电常数,而调制波形为锯齿波时,雷达工作于FMCW模式。整体雷达的前端主要包括天线单元、射频单元、中频信号处理器。外部电路包括波形发生器(WaveGenerator)、电源供电单元、数模转换(DA)单元、数字信号处理(DSP)等。几个雷达前端呈线形排列,与周边电路单元构成一套完整的人机交互应用的毫米波传感器组件系统。雷达头发射毫米波,把接收回波转换成中频信号,再经中频信号处理单元放大、滤波,再由数字信号处理单元采集中频信号,再进行数字信号处理,分析得到人体三维运动特征信息。再将控制信号输出到中频信号处理器,使中频处理单元可根据雷达工作方式选择相应的中频信号处理电路。该天线采用平面微带阵列天线,发射4个单元,接收4个单元。该雷达采用中央控制器,控制3台SPDT,选择相应的调制波形和中频信号处理电路。CW工作方式中,雷达中频信号的处理电路经过LPF滤波后,再进行特征识别,FMCW工作模式下的雷达中频信号处理电路进行特征识别。 毫米波雷达传感器的测试结果是对毫米波雷达传感器进行人体静息和运动模拟测试。通过将中频滤波器的滤波带宽调谐到50kHz-100kHz,使得雷达只能探测7m到10m范围内的人体静止和运动;但对于其它距离的目标运动信号,当双模雷达处于FMCW模式下,它能很好地检测和识别目标距离为7m~10m的人体静止状态,利用CW模式下的常数调制雷达,在雷达距离为9m处向雷达走来,速度由慢向快,中频信号具有较好的频谱变化。通过对信号的后期处理和目标特征识别算法,可以较好地对人体姿态特征进行识别,实现人体可穿戴设备的无线交互功能。 对可穿戴设备无线应用的毫米波传感器技术进行了研究,以MMIC技术为基础,设计了CW/FMCW双模毫米波雷达传感器,并对人体运动进行了简单测试。传感可以很好的用于人体运动的识别,但是在后续的信号处理、特征识别、算法优化等方面仍有待改进。在三维体感游戏中运用了毫米波人技术,能在三维空间正确地对人体的各种运动进行数学建模,为了让3D体感游戏更正确、更有仿真的3D体感游戏,特征识别、信号处理、算法学习、特征识别和无线互连,与此同时,降低大型3D体感游戏的装备成本,使3D体感游戏技术更加普及、普及。
兆易创新gd代理商电源管理GD30LD330xLDO芯片工业GD30DR8306电机驱动开发平台,电源管理行业需求深度挖掘GD30LD330xLDO芯片详细说明。功率管理芯片在几乎所有的电子产品和设备上都有应用,如便携式产品、数字消费电子产品、计算机、通讯网络设备、工业设备、汽车电子等。在这些芯片中,消费电子是大的功率管理芯片。随着中国大陆移动设备产能的进一步扩大,消费类电子产品的电源管理芯片也迅速增长,增长幅度在13.7%左右。近年来,新能源汽车产业迅速崛起,这也促使汽车电子领域功率管理芯片快速增长,市场占有率显著提高。根据统计,2020年国内电源管理芯片的市场规模已达790.1亿元,2021年有望突破800亿元,达到844.3亿元。 低电压线性稳压器(lowdropoutput)是一种线性降压型电源管理芯片,它是中国电源管理芯片需求大的单一产品,占19.3%,在电源开关方面深受电子市场的青睐。LDO芯片同样受到电子工程师们的青睐,它以其低成本、低噪声、低电流等特点,在电子市场上占有重要地位。那到底LDO芯片的特点和优点是什么呢? LDO芯片有较好的降压稳压效果。如果有大量的输入,输出基本上是稳定的。其次,LDO芯片上的一项重要指标是PSRR(电源电压噪声抑制系数),输入电源的噪声通过LDO芯片可以产生良好的抑制效果。再次,通过LDO芯片电路,可以滤除绝大多数无用的转换信号,具有很好的滤波效果。有一种LDO芯片,可调节输出电压,用户可根据不同的应用场景选择合适的LDO芯片。 Memorial公司推出的LDO芯片GD30LD3300/3301是一款高性能、低噪声、低电压降的线性稳压器,具有高PSRR,高抗噪;集成欠压锁定、软启动控制和多种保护功能。这种LDO芯片主要应用于无线基础设施、通信网络和工业应用等。该成果对兆易创新LDO芯片领域具有重大突破,丰富了GD30PMU系列产品。 GD30LD3300/3301xLDO概述。兆易创新gd代理商GD30LD3300/3301是两种低噪声低压降线性稳压(LDO),能提供3A负载电流,其大压降只有180mV同时采用了低噪声、高功率抑制比和高输出电流特性的组合,适合高速通信、射频、医疗等噪声敏感领域。通过设置内部引脚(Pin-setting)和外部电阻(Externalresistancesetting)两种方法来调节器件的输出电压。 GD30LD3300采用Pin-setting,输出电压在0.5~2.075V之间,通过Externalresistancesetting输出电压可达0.5V~5.2V。GD30LD3301采用Pin-setting,输出电压0.8V~3.95V,步长50mV,通过Externalresistancesetting输出电压0.8V~5.2V。就特定用途集成电路(ASIC)而言,现场可编程门阵列(FPGA)和一些特殊应用要求的低输入低输出(LILO)状态,兆易创新gd代理商GD30LD3300/3301可以通过提供BIAS偏压实现。 兆易创新gd代理商GD30LD3300/3301x主特性。 1、输入电压范围大 没有BIAS偏压:1.4V~6.5V。 BIAS偏压:1.1V~6.5V。 2、高精度的输出电压 GD30LD3300。 Pin-setting:0.5V~2.075V。 Externalresistancesetting:0.5V~5.2V。 GD30LD3301。 Pin-setting:0.8V~3.95V。 Externalresistancesetting:0.8V~5.2V。 两者的输出电压精度均为±1%。 3、UltraLowDropoutVoltage。 在3A输出的情况下,大压差只有180mV。 4、UltraHighPSRR。 42dBat10KHz和39dBat500KHz 5、 Excellent Noise Immunity 5.9uVRMSat0.8VOutput 9.8uVRMSat5VOutput。 6、UVLO 欠压锁(UVLO)电路在输入或偏置电源到达小工作电压范围前,确保设备在输入或偏置电源崩溃时仍处于停用状态。 7、PowerGoodIndicator。 GD30LD3300/3301内部的PowerGood电路可以监控反馈管脚上的电压,以指示输出电压的状态。 8、“软起动”控制功能。 兆易创新gd代理商GD30LD3300/3301具有软启动控制功能,通过外电容CNR/SS设定,可在启动过程中减小大浪涌电流,有效地避免了电压过冲。 9、保护功能 多种保护功能,如短路、过流、过温。 兆易创新为各系列电源管理产品配备了完整的软、硬件配套资料,包括开发板、配套示意图、使用指南等,为用户的开发、调试提供了便利。 新GD30DR8306电机驱动开发平台,推动工业4.0创新。在工业领域,电动机是动力来源。电能与动能是通过电与磁相互作用而相互转化的。电动机在世界范围内占有举足轻重的地位,其应用范围广泛,如信息处理、音响设备、汽车电器、航空航天、工农业生产等各领域。 近年来,随着无人驾驶、智能机器人、智能家电和汽车电子市场的兴起,驱动和控制领域的市场潜力逐步得到释放,电机控制器市场规模逐年扩大。据《中国电机控制器产业数据2020年度发展研究报告》,2019年电机控制器行业市场规模达2400亿元,2011-2019年市场增长率保持10%以上。预期未来一段时期仍将保持较好的发展势头。 电动机控制器作为电池组和电机之间的连接转换单元,是电机传动和控制系统的核心,其重要性不言而喻。在日益扩大的市场需求下,对电机驱动技术和控制器性能的要求日益提高。电机系统数字化是未来的必然趋势。基于高性能高速处理器的电驱动控制系统,可实现复杂多变的控制算法,进一步提高电机效率。第二,电动机系统的轻量化与一体化也是大势所趋。就控制器而言,实现功率器件、驱动、控制、传感器、电源等的集成化,不仅减小了体积,而且有利于提高电机系统效率,减少能耗损失。 兆易创新gd代理商GD30DR8306驱动芯片,具有电机驱动、保护、LDO、BUCK等多种功能,与GD32E230系列MCU相匹配,研制了GD32E230C-FOC电机驱动参考设计,为电机驱动领域迈出了一大步。 介绍GD32E230C-FOC。GD32E230C-FOC是一款电动机驱动的开发平台,GigaDeviceGD32E230C8T6芯片,采用Cortex®-M23内核,采用GD30DR8306作为驱动芯片,完成了电机驱动功能。GD30DR8306x是一种三相门驱动装置,可配置DC/DC降压控制器。驱动装置包括三个半桥驱动器,每个驱动器可以驱动两个NMOSFET,并支持高达1.2A的电流和1A的灌流电流。驱动装置在一个固定的死时间内插入,防止了高低侧的MOSFET在切换时发生短路。 GD32E230C-FOC可以通过按键开关和拨号开关来控制电动机(模式选择、启停、制动、转向等),1.3寸OLED液晶显示器的工作状态,实现多种定位算法。此面板提供船型电源开关、SWD接口、回位键、旋钮编码器、电机接口、USART调试口等外部资源,可实现过压/欠压检测,过流检测等保护功能。 兆易创新gd代理商GD32E230C-FOC支持BLDC或PMSM电机,电压4.5V-30V,流量限制2A。电机控制采用状态机机制,电机状态主要为INIT(初始)、IDLE(闲置)、RUNNING(运行)、图中BRAKE(制动器)和FAULT(错)5种,电机控制状态机具体切换过程如图状态控制机所示,只要满足相应条件就可进行电机控制状态切换。利用状态机机理对电机控制进行管理,使控制过程清晰,效率高。 GD32E230C-FOC特性 1.GD32E230C-FOC电机驱动开发平台特性: 1)FOC向量控制系统; 2)SVPWM调制技术支持七段、五段实现模式; 3)支持三电阻和一阻流采样; 4)支持有感(HALL/递增编码器)定位方式和无感觉(Runnberg/super)定位方式; 5)支持HALL,自动识别编码器偏移角度; 6)超压,欠压和过流检测和保护电路; 7)1.3寸OLED屏实现电机控制,工作参数显示,FAULT状态报警显示; 8)旋钮编码器开关EC11调速; 9)键实现模式选择、启动、制动等功能; 2.GD30DR8306xPMU主要规格说明: 1)电源电压4.5-30V; 2)可编程序门极驱动电流,峰值1A源极和1.2A灌流; 3)高精度、低端摆率控制; 4)PWM输入控制高可达200kHz; 5)PWM模式2(6x和3x); 6)内置5V/2ADC-DC电压降控制器; 7)3.3V和5V数字接口; 8)整合5VLDO; 9)散热增强:QFN32(5x5); 10)保护职能: 11)插入死区时间; 12)MOSFET直通保护; 13)防止温度过高; 14)故障诊断; 15)VP和VDD欠压锁(UVLO); 3.GD32E230系列MCU主要规格说明: 1)ArmCortex-M23@72MHz,55DMIPS的处理性能; 2)Flash:64KB/32KB/16KB; 3)SRAM:8KB/6KB/4KB; 4)12BitsADCx1@2.6Msps,高速高精度ADC10通道; 5)先进的计时器x1,可以产生6路死区可调的互补PWM输出; 6)普通计时器x5; 7)闪光灯具有硬件加密保护; 8)多种串行通信:I2Cx2、SPIx2、UARTx2; 9)包装种类丰富:TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48; 10)电源电压:1.8V~3.6V; 11)工业级工作温度范围:-40℃~+85℃; 12)工业级ESD特性:6000伏特; 4.说明马达的参数: (本平台选择常州精控电机为例,具体参数如下) 机型:常州精控电机JK57BLS02型PMSM电机; 三相绕组接线顺序:U(黄)V(绿)W(蓝); 终端:+5V(红色)GND(黑)A(黄)B(绿)C(蓝); 极数:四极; 电阻值:0.33Ω; 标定电压:DC24V; 扭矩额定值:0.22N·M; 车速:3000±10%RPM; 转速:3800±10%RPM; 无负载电流:0.7安培; 出力:69W; 反电势常数:6.3V/KRPM; 转矩系数:0.06N·M/A; 绝热层:ClassB; 绕线方式:星型式; 优点GD32E230C-FOC: 1.驱动电压范围广。 GD30DR8306x支持4.5-30V宽电压输入,可满足不同的解决方案。 2.LDO输出容量高。 GD30DR8306x自带的LDO支持5.0V/40mA的输出,并能装载一些外部设备,同时保证驱动芯片正常工作。 3.BUCK线路的可选。 GD30DR8306x内置一个DC/DC降压力器,驱动外部高端N通道MOSFET,提供2A输出电流,输出可调至5V。 4.驱动电流。 可编程序的栅极驱动电流,能承受1A的峰值电流和1.2A的灌流。 5.高频PWM控制。 GD30DR8306x支持200KHzPWM输入控制。 6.支持多种算法。 GD32E230C-FOC支持HALL、ENCODER、LUENBURGER和SMO四个控制程序。 7.多种保护性。 支持过热保护,故障诊断,VP和VDD欠压锁定,整个系统支持输入过压、欠压、过流等多种保护。 浏览飞睿科技兆易创新gd代理商网站和遍及各地的销售和技术支持网络,你可以更深入地了解和利用GD32系列产品的特性和特性。在你进行设计之前,会发现GD32智能创新解决方案有很多优点。
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