基于DSP的FMCW液位测量雷达实验平台设计与实现

摘要

传统的压力式传感器,设备简单易用,但精度较低。超声波测距设备简单,造价较低,但是在空气中衰减快,回波信号幅度起伏较大,会有较大误差。激光测距精度高,但受环境影响较大。微波测量是非接触式的液位测量方式,可以在较恶劣的环境下使用。FMCW(调频连续波)雷达具有高精度、分辨率高等优点,是液位测量系统的研究热点。
　　 本文的重点工作是设计了FMCW液位测量雷达实验平台的硬件系统,主要包括:电源模块、滤波器模块、放大器模块、A/D变换模块、存储器模块、数字信号处理模块以及DSP与FMCW雷达的接口控制部分。电源部分需要设计的电压较多,选用了四款芯片以及分压等方式来得到所需的电压。滤波器部分设计了参数可调的三个并联滤波器,这样可以调试在不同截止频率下的测量精度。A/D部分的精度直接制约整个系统的最终计算精度,需要极为精确的采样频率,本系统选用DSP内部的计时器来实现采样频率的控制。FMCW雷达接口控制部分较为复杂,本系统通过DSP的MCBSP接口与FMCW雷达的SPI接口连接,进而通过DSP来控制FMCW雷达控制数据格式、发送频率等,可以达到很好的效果。在结果数据的传输方面,设计了无线传输方式,这样既节省成本,在使用上也比较简单方便。最后对设计完成的电路进行制板调试工作,通过调试实现对系统参数的改正,以达到精度的要求。调试完成后,本系统的测试精度可以达到1mm,符合既定的要求。
　　 本文还介绍了FMCW雷达测距原理,根据液位高度与差频信号频率关系,利用FFT变换可以得到差频信号的频率,但是分辨率和精度达不到要求,本文采用了一种改进的FFT变换方法,并且根据实验结果对算法进行修正、补偿,经过改进的算法,求得的频率误差可以小于±0.05Hz,这样是符合实验要求的。