一种微波传感控制装置的制作方法

1.本发明涉及到多媒体处理的技术领域，尤其涉及到一种微波传感控制装置。


背景技术：

2.微波传感器广泛用于对于移动物体、液体和气体流动等领域的感应探测，是根据多普勒原理将微波信号通过发射和接收天线装置，产生差频信号，利用混频器检波，将差频信号输出，实现对移动物体、液体和气体流动感应探测，达到控制目的。微波传感器可以在-20
°
—70
°
的环境下工作，具有较宽的温度范围和较高的感应灵敏度。微波传感器属于一种独立的电子元器件，是包括电路板和微波器件组成的一种电路模组，外形体积较大，使用时需要设计有源外围电路才能工作，目前大多以组成产品的形式出现在市面上，由于微波探测信号频率较高，设计电路对物体移动感应信号处理有一定的技术要求，使微波传感器应用受到局限。
3.厂家增加了能够调整出与各个部分适配电压电流的电源驱动模块，为微波感应调光模块、led灯组等供电，然而一般led驱动模块、电源驱动模块、微波感应调光模块都分成各个电路板，各个电路板之间通过导线等方式连接，此类连接方式容易松脱，导致接触不良，耐用性不高。
4.目前，诸如专利申请号为201610121545.7的中国发明专利所公开的《一种微型微波感应模块》等现有微波感应器，普遍存在的问题在于：构成感应器的微波发射器、信号处理器和电源稳压器等主要器件大多以分体的方式进行器件选型、布局及结构设计；如此，不但会极大地增加感应器的设计线路及制作工艺的复杂性、降低信号抗干扰能力，而且往往需要采用双层叠装的pcb基板对各主要器件进行分区布置，从而因产品的体积过大、生产成本过高而导致感应器的应用范围受到极大地限制。鉴于此，有必要对现有的微波感应器提出改进方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种微波传感控制装置将主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，可有效解决各类简化的技术问题。
6.一种微波传感控制装置，包括pcb板，所述pcb板呈20mm*20mm的矩形结构设置，所述pcb板顶层集成有线路层，所述线路层呈层压结构且自上而下包括顶层线路层、第一压合层、第一中间线路层、芯板层、第二中间线路层、第二压合层和底层线路层，所述线路层焊接安装有电源模块和多个电子元件模块，所述电源模块和电子元件模块通过导线与所述线路层电性连接，所述电源模块位于所述线路层的边缘，所述pcb板的顶部且位于每个电子元件模块的周围均固定安装有对应的一组防焊锡脱组件。
7.上述的微波传感控制装置，所述电子元件模块包括还设置于所述线路层上的微波发射接收模块、电位器、电解电容、第一单片机芯片和第二单片机芯片；通过将所述线路层
的线路优化集成到所述第一单片机芯片上，通过第一单片机芯片的控制集成来减少所述线路层上的元件，以缩小所述微波传感控制装置的体积。
8.上述的微波传感控制装置，所述电源模块用于与外部电源电性连接并对电压、电流处理后为所述电子元件模块供电，所述电源模块包括继电器和稳压器，通过所述继电器和稳压器电性连接的稳压电路以对所述微波发射接收模块、电位器、电解电容、第一单片机芯片和第二单片机芯片供电。
9.上述的微波传感控制装置，所述线路层正面设有所述电源模块、电位器、电解电容、第一单片机芯片和第二单片机芯片；所述线路层背面设有所述微波发射接收模块和天线组的参考地。
10.上述的微波传感控制装置，所述第一单片机芯片背面设有天线组且所述天线组与所述第一单片机芯片之间通过导线相连接，由于收发隔离度对微波发射接收模块底噪有影响，所述天线组呈间距设置的双天线。
11.上述的微波传感控制装置，所述天线组由设置于所述线路层的表面上的开环式铜箔微带线构成。
12.上述的微波传感控制装置，所述微波发射接收模块的延时调节端与场效应管的漏极相连，所述微波发射接收模块的运放输入端和运放输出端同时与场效应管的源极相连，所述微波发射接收模块的稳压输出端与场效应管的漏极相连，所述场效应管的栅极接地，所述天线组的信号接收端通过一光敏感应器连接微波发射接收模块的信号触发端。
13.上述的微波传感控制装置，所述第一单片机芯片包括参数配置接口，所述参数配置接口用于配置低功耗微波雷达传感器的工作参数，所述参数配置接口包括串行接口或并行接口，所述工作参数包括感应距离参数和/或开关延迟时间。
14.上述的微波传感控制装置，所述第一单片机芯片和第二单片机芯片包括数模转换和/或数字信号处理，以对感应信号进行数字信号处理后输出开关控制信号。
15.上述技术方案具有如下优点或有益效果：
16.本发明这种微波传感控制装置将主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，极大地简化了感应器的设计电路；采用成熟cmos工艺，充分利用数模混合技术，在单一芯片上同时集成了微波收发信机、雷达中频放大电路及信号处理器等，是一颗全集成soc，与传统雷达感应模块相比具有良好一致性和超高性价比；芯片默认工作在5.8ghz ism频段，频率灵活可配，由于片上集成自适应校准算法，可有效解决各类干扰问题，大大提高了传感器的可靠性与实用性；at5815集成ldo并采用超低功耗架构，由于功耗低且支持宽压，因此供电方案上直接采用电池供电并保持长时间待机；芯片内部集成信号处理器，可直接输出感应控制信号，外围搭配少量元器件即形成完整的微波感应传感器；可以减少人为控制。其线路结构简单、抗干扰能力强、体积小、制作成本低廉，具有很强的实用价值和市场推广价值。
附图说明
17.图1是本发明一种微波传感控制装置的结构示意图；
18.图2是本发明线路层正面的结构示意图；
19.图3是本发明线路层反面的结构示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
21.结合图1—图3所示，一种微波传感控制装置，包括pcb板，所述pcb板呈20mm*20mm的矩形结构设置，所述pcb板顶层集成有线路层1，所述线路层呈层压结构且自上而下包括顶层线路层、第一压合层、第一中间线路层、芯板层、第二中间线路层、第二压合层和底层线路层，所述线路层1焊接安装有电源模块2和多个电子元件模块3，所述电源模块2和电子元件模块3通过导线与所述线路层1电性连接，所述电源模块2位于所述线路层1的边缘，所述pcb板的顶部且位于每个电子元件模块的周围均固定安装有对应的一组防焊锡脱组件。
22.其中，顶层线路层厚0.035mm，第一压合层厚0.2mm，第一中间线路层厚0.0175mm，芯板层厚1.065mm，第二中间线路层厚0.0175mm，第二压合层厚0.2mm和底层线路层厚0.035mm。第一中间线路层、芯板层和第二中间线路层组成厚为1.1mm的含铜芯板。
23.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述电子元件模块3包括还设置于所述线路层1上的微波发射接收模块31、电位器、电解电容、第一单片机芯片32和第二单片机芯片33；通过将所述线路层1的线路优化集成到所述第一单片机芯片32上，通过第一单片机芯片32的控制集成来减少所述线路层1上的元件，以缩小所述微波传感控制装置的体积。
24.通过将感应器的主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，而利用微波发射接收模块内置有低压线性稳压器的特点，不但无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，极大地简化了感应器的设计电路，为微波发射接收模块在pcb基板上提供了充裕的布置空间，而且微波发射接收模块均可通过第一单片机芯片32获得工作电压，以实现对相应器件的工作电源的统一管理；基于此，本实施例的感应器完全规避了传统微波感应器的微波发射器件、信号处理器件和电源稳压器件等主要器件因采用分体的结构布局方式而容易增加设计线路的复杂性、体积过大且难以缩小等问题。
25.所述电子元件模块3还包括延时单元，该延时单元与第一单片机芯片32电性连接以延时控制运作。
26.第一单片机芯片32与微波发射接收模块31电性连接以接受微波感应信号并根据微波感应信号调制出pwm调光信号，此处微波发射接收模块31可以是微波天线。
27.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述电源模块2用于与外部电源电性连接并对电压、电流处理后为所述电子元件模块3供电，所述电源模块2包括继电器和稳压器，通过所述继电器和稳压器电性连接的稳压电路以对所述微波发射接收模块31、电位器、电解电容、第一单片机芯片32和第二单片机芯片33供电。
28.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述线路层1正面设有所述电源模块2、电位器、电解电容、第一单片机芯片32和第二单片机芯片33；所述线路层1背面设有所述微波发射接收模块31和天线组34的参考地。
29.微波传感控制装置正面由雷达感应芯片、收发天线和插针等组成，背面是微波电路和天线的参考地，由于收发隔离度对雷达底噪影响较大，layout时要特别考虑收发天线间的隔离度，对于小型化双馈天线需要针对天线隔离度进行电磁场仿真，此外，在尺寸允许
情况下可以采用双天线形式，尽量将收发天线的间距拉开以确保天线性能最优化。
30.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述第一单片机芯片31背面设有天线组34且所述天线组34与所述第一单片机芯片32之间通过导线相连接，由于收发隔离度对所述微波发射接收模块31底噪有影响，所述天线组34呈间距设置的双天线。
31.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述天线组34由设置于所述线路层1的表面上的开环式铜箔微带线构成。
32.为保证整个感应器的信号发射及接收效果，本实施例的天线组34包括一与微波发射接收模块31相连的微波信号发射天线以及一连接于微波发射接收模块31与信号混合处理芯片的信号触发端之间的反射信号接收天线；其中，微波信号发射天线由设置于线路层1的表面上的开环式铜箔微带线构成；而反射信号接收天线则由设置于线路层1的表面上的蛇形铜箔微带线构成，并且反射信号接收天线位于微波信号发射天线的轮廓范围之内。由此，微波发射接收模块所产生的高频信号可通过微波信号发射天线对外发射，当信号遇到移动物体后则会被移动物体进行反射以被发射信号接收天线所接收，此时反射波与发射波会存在相位变化，信号混合处理芯片即可根据此信号的变化来输出最终的执行信号。同时，采用开环式铜箔微带线来构成发射天线可保证对微波信号的发射强度和效果，而所述及的“开环”可以理解为是非闭合的结构。
33.为保证对反射波信号的接收效果或者接收强度，在线路层1的背面且与天线组34相对应的区域不作覆铜屏蔽处理。以此，保证反射信号能够有效穿过线路层1后被天线组34所接收；在具体实施时，可通过适当加宽天线组34的线宽、波形幅度以及在蛇形铜箔微带线上密布过孔等方式来提高感应信号的强度和灵敏度。
34.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述微波发射接收模块31的延时调节端与场效应管的漏极相连，所述微波发射接收模块31的运放输入端和运放输出端同时与场效应管的源极相连，所述微波发射接收模块31的稳压输出端与场效应管的漏极相连，所述场效应管的栅极接地，所述天线组34的信号接收端通过一光敏感应器连接微波发射接收模块31的信号触发端。
35.由此，可利用第一单片机芯片32内部具有稳压器和两级信号运算放大器、运放电压增益及滤波特性可通过外部调节等特点，可实现对信号处理电路以及电源稳压电路的集成化效果，增强整个感应器对高频干扰信号的抑制性能；以感应器应用于照明自动控制系统为例，可利用光敏感应器d来检测环境内的光照强度以实现对诸如白天和夜晚的判断，只有在光敏感应器d导通的情况下，整个感应器才会进行执行信号的输出。
36.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述第一单片机芯片32包括参数配置接口，所述参数配置接口用于配置低功耗微波雷达传感器的工作参数，所述参数配置接口包括串行接口或并行接口，所述工作参数包括感应距离参数和/或开关延迟时间。
37.进一步地，本发明一种微波传感控制装置的较佳的实施例中，所述第一单片机芯片32和第二单片机芯片33包括数模转换和/或数字信号处理，以对感应信号进行数字信号处理后输出开关控制信号。。
38.微波传感控制装置电路设计的思路为在传统的led驱动电源基础上增加微波感应
电路模块，其中传感器模块为利用多普勒效应原理设计的移动物体探测器，它将感应到的微波(物理信号)转换为电信号(电流)，再通过放大倍数可调的放大电路进行滤波放大作用，再反馈给控制电路，控制电路再对信号进行分析。
39.芯片内部产生微波信号经放大后通过天线辐射出去，信号在空中遇到物体发生反射，当物体处于运动状态时，反射信号和发射信号间存在一定频率差，即多普勒效应，将接收到的反射信号和发射信号混频，可得到相应中频信号，分析该中频信号能反推出物体运动信息，从而实现传感功能。
40.本技术实施例的装置使用放大电路对微波进行放大滤波作用，使极端场所和极端情况下，微弱的微波信号不至于丢失和无法被检测，增加了检测的稳定性和可靠性，与传统的红外感应反馈电路相比可靠性更高。另外，微波感应可穿透部分非金属物感应，特别适用于隐藏安装在灯具内部，应用较为广泛，再加上微功耗﹑感应灵敏﹑应用范围广，可以搭配各类普通灯具，使之成为微波感应灯具。
41.本发明这种微波传感控制装置将主要功能器件集成在同一块pcb基板上，可为减小感应器的整体体积创造条件，无需为感应器的配置独立的电源稳压器以及相应线路，极大地简化了感应器的设计电路；采用成熟cmos工艺，充分利用数模混合技术，在单一芯片上同时集成了微波收发信机、雷达中频放大电路及信号处理器等，是一颗全集成soc，与传统雷达感应模块相比具有良好一致性和超高性价比；芯片默认工作在5.8ghz ism频段，频率灵活可配，由于片上集成自适应校准算法，可有效解决各类干扰问题，大大提高了传感器的可靠性与实用性；at5815集成ldo并采用超低功耗架构，由于功耗低且支持宽压，因此供电方案上直接采用电池供电并保持长时间待机；芯片内部集成信号处理器，可直接输出感应控制信号，外围搭配少量元器件即形成完整的微波感应传感器；可以减少人为控制。其线路结构简单、抗干扰能力强、体积小、制作成本低廉，具有很强的实用价值和市场推广价值。
42.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。