本实用新型涉及一种雷达测距电路。
背景技术：
雷达是一种高精度高可靠性的复杂无线测试设备，可用于测距、测速或测量三维成像等。在军事、航天航海、工业测量和交通测速等领域有着重要应用，特别是在某些强腐蚀、高潮湿、多粉尘等恶劣环境下的工业测量场合，雷达比激光、超声波等其它非接触测量设备具有明显优势，如大型煤仓、油仓、粕仓等的料位测量，其量程大，环境恶劣、粉尘多、干扰源复杂，这时须用大量程高精度雷达对其进行测量，常规的激光等设备，由于粉尘多，对光的散射及干扰大，很难做到大量程精确测量，而雷达则是解决这问题的理想设备。目前，强腐蚀、高潮湿、多粉尘等恶劣环境下的工业物位液位测量用的高精度大程雷达均是国外进口，如西门子，科隆等。国内目前在工业测量用雷达方面普通采用单一单片机或DSP处理器架构，这对生成高质量的调制信号是不利的；同时在处理器雷达天线输出的I或Q路中频信号时只取其中一路进行处理，这样就很难在全测量范围内保证测量的精度；在滤波方面也做得不好，特别是远距离测量时，雷达天线泄漏的调制波容易淹没有用信号导致测量误差增大，量程变小。
技术实现要素：
本实用新型其目的就在于提供一种雷达测距电路，从而实现雷达中频信号的处理、距离解算、显示、设置、对外接口和供电等功能，电路采用模块化设计思路，具有量程大、精度高、抗干扰能力强、功能及对外接口齐全的特点。
实现上述目的而采取的技术方案，包括模拟调理板、数字核心板、电源及对外接口板、显示及按键板，其特征在于，所述模拟调理板输出端连接雷达天线，模拟调理板输入端连接数字核心板，数字核心板输入端连接电源及对外接口板和显示及按键板；
所述的模拟调理板，至少包括雷达天线输出的I和Q两路中频信号的滤波及AD转换模块、产生雷达天线调制信号的DA转换滤波及跟随器模块、温度测量模块、HART通讯模块和超低纹波电源模块；所述的中频信号滤波包括四阶高通滤波和二阶低通滤波，其中，I路高通滤波器的截止频率设为调制信号频率的10倍，Q路高通滤波器的截止频率设为调制信号频率的2倍，高通滤波器的增益采用电容控制方式，且电压统一偏置了2.5V，低通滤波为了防止信号幅度过大而失真，采用无源低通滤波方式，截止频率设为中频信号最高频率的1.5倍；AD转换模块采用ADI公司的16位SPI接口的AD转换器，最高采样率达1MHZ；所述的DA转换滤波及跟随器模块用来产生雷达天线所需的模拟调制信号，DA转换采用ADI公司的16位SPI接口的转换器，小型SO-8封装，滤波为一低通无源二阶滤波器，截止频率为DA转换率的2倍，以消除DA转换带来的高频阶梯波的影响，跟随器包括一个由运算放大器组成的同相0增益电路，用于提高DA输出的驱动能力；所述的温度测量模块采用DS18B20，用以测量雷达天线前端的实时温度，从而补偿由于温度带来的天线VCO的非线性；所述的HART通讯模块主要用来产生工业标准的4~20mA电流，采用的核心芯片为AD421，为一款DA转换芯片；所述的超低纹波电源模块主要用来提供给雷达天线和模拟电路的高质量5V电源，采用的电源芯片为TI公司的TPS74系列的QFN-16封装的一款芯片，最大输出电流为1A，最小纹波可达uV级；
所述的数字核心板，至少包括FPGA逻辑阵列模块、DSP数字处理器模块和DC-DC电源转换模块，所述的FPGA逻辑阵列模块为ALTERA公司CYCLONE II系列EP2C型可编程逻辑阵列，封装形式为FBGA-256，实现调制信号DA输出控制、I、Q及调制信号三路信号的AD采集及控制、温度读取、HART及RS485通讯控制及与DSP数字处理模块间的通讯功能，其中DA，AD及HART控制均是通过三线式SPI接口实现，RS485通讯采用MAX3485协议芯片及光耦隔离实现；所述的DSP数字处理器模块为TI公司的C6000系列的一款高速浮点DSP芯片，同时外扩数据存储器SDRAM和程序存储器FLASH，其功能是对FPGA送来的AD采样数据进行快速傅里叶FFT计算，从而得到距离结果并把结果回送给FPGA；
所述的电源及对外接口板，至少包括AC220V转DC24V模块及AC220V、DC24V自动切换模块、24V转5V DC-DC模块和HART接口、RS485接口、电源接口三个对外接口，所述的AC220V转DC24V模块包括EMC模块和AC-DC模块，EMC模块为金升阳公司的一款电磁兼容模块，型号为FC-LX1D，AC-DC模块为金升阳公司LH25系列的一款交流转直流开关电源模块，把输入的220V交流转变成24V直流，最大输出功率达25W；所述的AC220V、DC24V自动切换模块至少包含两个导通电压不大于0.4V的二极管，用于从AC220V、DC24V两路电压中自动任选一路作为最后的24V输出；所述的24V转5V DC-DC模块主要用于把24V转换成5V，用的主要器件为TI公司的LM2576开关电源芯片，最大输出电流可达3A；所述的HART接口、RS485接口为对用户通讯接口，电源接口同时提供AC220V和DC24V两种电压输入；
所述的显示及按键板，至少包括一款液晶显示屏、功能键、上移键、下移键、确认键四个按键和一款TMS32系列的单片机，单片机用以显示控制并通过串口方式接收由FPGA送来的待显示的结果数据，同时把通过按键输入的配置参数信息通过串口传送给FPGA。
有益效果
与现有技术相比本实用新型具有以下优点。
1、模块化设计，模拟电路板、数字电路板、显示板、电源及接口板分开设计及安装，大大增强电路抗干扰能力，方便维修与调试；
2、电路完整，功能齐全：提供测量、显示、输入设置、电源、用户接口等全部功能电路；
3、抗干扰能力强，电路可有效滤除环境及雷达天线本身带来的各种干扰；
4、量程大，最大量程可达150米；
5、精度高，优于满量程的0.8%。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1为本实用新型的电路组成和逻辑示意图。
具体实施方式
本装置包括模拟调理板、数字核心板、电源及对外接口板、显示及按键板，如图1所示，所述模拟调理板输出端连接雷达天线，模拟调理板输入端连接数字核心板，数字核心板输入端连接电源及对外接口板和显示及按键板；
所述的模拟调理板，至少包括雷达天线输出的I和Q两路中频信号的滤波及AD转换模块、产生雷达天线调制信号的DA转换滤波及跟随器模块、温度测量模块、HART通讯模块和超低纹波电源模块；所述的中频信号滤波包括四阶高通滤波和二阶低通滤波，其中，I路高通滤波器的截止频率设为调制信号频率的10倍，Q路高通滤波器的截止频率设为调制信号频率的2倍，高通滤波器的增益采用电容控制方式，且电压统一偏置了2.5V，低通滤波为了防止信号幅度过大而失真，采用无源低通滤波方式，截止频率设为中频信号最高频率的1.5倍；AD转换模块采用ADI公司的16位SPI接口的AD转换器，最高采样率达1MHZ；所述的DA转换滤波及跟随器模块用来产生雷达天线所需的模拟调制信号，DA转换采用ADI公司的16位SPI接口的转换器，小型SO-8封装，滤波为一低通无源二阶滤波器，截止频率为DA转换率的2倍，以消除DA转换带来的高频阶梯波的影响，跟随器包括一个由运算放大器组成的同相0增益电路，用于提高DA输出的驱动能力；所述的温度测量模块采用DS18B20，用以测量雷达天线前端的实时温度，从而补偿由于温度带来的天线VCO的非线性；所述的HART通讯模块主要用来产生工业标准的4~20mA电流，采用的核心芯片为AD421，为一款DA转换芯片；所述的超低纹波电源模块主要用来提供给雷达天线和模拟电路的高质量5V电源，采用的电源芯片为TI公司的TPS74系列的QFN-16封装的一款芯片，最大输出电流为1A，最小纹波可达uV级；
所述的数字核心板，至少包括FPGA逻辑阵列模块、DSP数字处理器模块和DC-DC电源转换模块，所述的FPGA逻辑阵列模块为ALTERA公司CYCLONE II系列EP2C型可编程逻辑阵列，封装形式为FBGA-256，实现调制信号DA输出控制、I、Q及调制信号三路信号的AD采集及控制、温度读取、HART及RS485通讯控制及与DSP数字处理模块间的通讯功能，其中DA，AD及HART控制均是通过三线式SPI接口实现，RS485通讯采用MAX3485协议芯片及光耦隔离实现；所述的DSP数字处理器模块为TI公司的C6000系列的一款高速浮点DSP芯片，同时外扩数据存储器SDRAM和程序存储器FLASH，其功能是对FPGA送来的AD采样数据进行快速傅里叶FFT计算，从而得到距离结果并把结果回送给FPGA；
所述的电源及对外接口板，至少包括AC220V转DC24V模块及AC220V、DC24V自动切换模块、24V转5V DC-DC模块和HART接口、RS485接口、电源接口三个对外接口，所述的AC220V转DC24V模块包括EMC模块和AC-DC模块，EMC模块为金升阳公司的一款电磁兼容模块，型号为FC-LX1D，AC-DC模块为金升阳公司LH25系列的一款交流转直流开关电源模块，把输入的220V交流转变成24V直流，最大输出功率达25W；所述的AC220V、DC24V自动切换模块至少包含两个导通电压不大于0.4V的二极管，用于从AC220V、DC24V两路电压中自动任选一路作为最后的24V输出；所述的24V转5V DC-DC模块主要用于把24V转换成5V，用的主要器件为TI公司的LM2576开关电源芯片，最大输出电流可达3A；所述的HART接口、RS485接口为对用户通讯接口，电源接口同时提供AC220V和DC24V两种电压输入；
所述的显示及按键板，至少包括一款液晶显示屏、功能键、上移键、下移键、确认键四个按键和一款TMS32系列的单片机，单片机用以显示控制并通过串口方式接收由FPGA送来的待显示的结果数据，同时把通过按键输入的配置参数信息通过串口传送给FPGA。
如图1所示，本装置包括雷达天线、模拟调理板、数字核心板、电源及对外接口板、显示及按键板、外部AC220V或DC24V电源。
把雷达天线与模拟调理板相连，并把模拟调理板、数字核心板、电源及对外接口板、显示及按键板的板间供电及通讯线连接好，给电源板电源输入接口供AC220V或DC24V电源。
在所有电路连接好并供电后，数字核心板中的FPGA逻辑阵列模块首先给模拟调理板的DA转换器通过SPI接口给其发送DA输出控制命令，在经过低通滤波及跟随器后，可输出标准的频率及幅值可调的三角波调制信号Vt并输入给雷达天线，雷达天线前端受调制信号Vt的连续调制后，其发射频率随Vt的变化而变化，其中心频率为24GHZ，带宽约为300MHZ，当雷达天线发射信号与被测物呈近似90度关系时，此时雷达天线可输出I和Q两路包含距离信息的中频信号，被测距离越大，中频信号频率越高。把中频信号输入至模拟调理板，模拟调理板对中频信号中含有的三角波调制信号的泄漏及环境干扰杂波进行滤除，然后进行AD转换，并通过SPI接口把AD转换后的数字信号送给FPGA逻辑阵列模块，FPGA逻辑阵列模块对I和Q两路中频信号的AD转换结果进行读取并通过内部FIFO传送给DSP数字处理器，DSP数字处理器对送来的数据进行FFT频谱分析和运算并得出与谱线峰值相应的距离值，然后把距离值回送给FPGA。FPGA一方面把距离值送给显示板进行显示，一方面把距离值进行转换并控制模拟调理板上的HART模块，输出4~20mA标准电流信号至HART接口，同时把距离值通过RS485接口传送至用户端，从而实现距离的测量与显示等功能。