本发明属于测距技术领域，尤其涉及一种利用调频连续波(fmcw)雷达测距电路。
背景技术
利用微波雷达测距的应用已经非常广泛。机场、酒店自动门是微波探测器被人们熟悉的应用，而随着微波探测器价格的降低，在自动灯上的应用也越来越广泛。而在汽车领域，微波探测在倒车防撞中已经普遍应用。在这些领域，微波探测器不仅可以节能减排、节省费用，又使人们享受到了高科技产品带来的便利和放心，对微波传感器的研究具有重要的现实意义。
现有技术中，fmcw雷达调制信号需要通过fft处理，根据中频信号的频率分布来确定探测物体距离，然后再根据多普勒效应造成的频率变化算出其速度，这些运算都需要比较高的计算量，需要消耗较大的能量。同时，fmcw雷达通常应用于运动目标(比如车辆)的检测，这需要持续发送信号进行测量；上述特点极大限制了fmcw雷达在某些领域的应用，尤其在一些采用电池供电的偶发性监控场合，往往需要长时间完成监控任务，然而fmcw雷达持续工作能耗无法满足该场合的应用需求。
故，针对现有技术存在的缺陷，实有必要提供一种技术方案以克服现有技术存在的缺陷。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于红外唤醒的fmcw雷达测距电路，采用红外传感器模块作为预检模块以减少能耗，同时重新设计fmcw雷达测距电路，用以克服传统微波雷达测距的精度不高，识别率低等缺点。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于红外唤醒的fmcw雷达测距电路，至少包括mcu及其与该mcu电连接的fmcw雷达测距模块和红外探测模块，其中，所述红外探测模块用于检测附近的运动目标并当检测到运动目标时产生第一信号发送给mcu；所述mcu用于根据第一信号产生第二信号；所述fmcw雷达测距模块用于根据第二信号产生并发送雷达测距信号以及接收雷达波反馈信号并进行信号处理产生第三信号发送给mcu；所述mcu用于根据第二信号和第三信号获得运动目标的距离和速度；
所述fmcw雷达测距模块进一步包括雷达探测器、放大电路、滤波电路、次级放大电路和低通滤波电路，其中，所述雷达探测器采用rfbeam公司的k-lc1a雷达收发器；其输出信号端与放大电路输入端连接，放大电路的输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与次级放大电路输入端连接，次级放大电路输出端与低通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路的输出端与mcu相连接；所述红外探测模块的输出端与mcu相连接；
所述放大电路包括芯片u3、电容c7、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c17、电容c19、电容c21、电阻r7、电阻r9、电阻r11、接口p4，所述接口p4用于接入雷达探测器，接口p4的第5引脚接vco信号，与mcu相连接，用于接收mcu产生的第二信号；接口p4的第4引脚接地，接口p4的第2引脚、电容c17的一端、电容c14的一端连接后接5v电源，电容c17的另一端、电容c14的另一端连接后接地，接口p4的第3引脚接电容c11的一端，电容c11的另一端接电阻r9的一端，芯片u3的第2引脚与电阻r9的另一端、电阻r7的一端、电容c7的一端连接，电阻r7的另一端、电容c7的另一端、芯片u3的第6引脚连接后作为放大电路的输出端，芯片u3的第5引脚与电容c12的一端、电容c13的一端连接，电容c12的另一端与芯片u3的第8引脚连接，电容c13的另一端与芯片u3的第1引脚连接，芯片u3的第4引脚接地，芯片u3的第7引脚、电容c19的一端、电容c21的一端连接，电容c19的另一端与电容c21的另一端连接后接地，芯片u3的第3引脚接电阻r11的一端，电阻r11的另一端接2.5v电源；所述的芯片u3型号为icl7650，电容c7、电容c11、电容c19、电容c17、电容c12、电容c13为瓷片电容，电容c21、电容c14为电解电容；
所述滤波电路包括芯片ic1、电容c8、电容c15、电容c16、电容c18、电容c20、电阻r8、电阻r12；电容c15的一端与放大电路的输出端连接，电容c15的另一端、电容c8的一端、电容c16的一端、电阻r12的一端连接，电容c16的另一端、电阻r8的一端、芯片ic1的第2引脚连接，电容c8的另一端、电阻r8的另一端、芯片ic1的第1引脚连接后作为滤波电路的输出端；芯片ic1的第11引脚接地，电阻r12的另一端与芯片ic1的第3引脚连接后接地，芯片ic1的第4引脚、电容c18的一端、电容c20的一端连接后接5v电源，电容c18的另一端、电容c20的负极连接后接地；所示的芯片ic1型号为lm324，电容c8、电容c15、电容c16、电容c18为瓷片电容，电容c20为电解电容；
所述的次级放大电路包括芯片u5、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r24、接口p8；接口p8的第1引脚连接芯片u5的第2引脚，接口p8的第2引脚连接2.5v电源，电阻r21的一端连接2.5v电源，电阻r21的另一端连接芯片u5的第3引脚，电阻r22的一端连接芯片u5的第4引脚，电阻r22的另一端连接芯片u5的第5引脚，电阻r23的一端连接滤波电路的输出端，电阻r23的另一端连接芯片u5的第6引脚，电阻r24的一端连接芯片u5的第12引脚，电阻r24的另一端连接芯片u5的第10引脚后作为次级放大电路的输出端，芯片u5的第1引脚与芯片u5的第14引脚连接后接5v电源，芯片u5的第7引脚与芯片u5的第8引脚连接后接-5v电源，芯片u5的第11引脚接地，芯片u5的第9引脚接2.5v电源；所述的芯片u1型号为vca820；
所述的低通滤波电路包括芯片ic1、电容c22、电容c24、电阻r13、电阻r14、电阻r15；电阻r14的一端与次级放大电路的输出端连接，电阻r14的另一端、电阻r13的一端、电容c13的一端、电容c24的一端连接，电阻r15的另一端、电容c22的一端、芯片ic1的第6引脚连接，电阻r13的另一端、电容c22的另一端、芯片ic1的第7引脚连接后作为低通滤波电路的输出端，电容c24的另一端与芯片ic1的第5引脚连接后接地；所示的芯片ic1型号为lm324，电容c22、电容c24为瓷片电容；
所述红外探测模块包括热释红外传感器和红外信号处理电路，红外信号处理电路包括芯片u1、电容c1、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r2、电阻r3、电阻r4、接口p1；接口p1用于接入热释红外传感器，接口p1的第3引脚接5v电源，接口p1的第2引脚与电阻r4的一端、电容c6的一端、电容c4的负极连接，接口p1的第1引脚与电阻r4的另一端、电容c6的另一端连接后接地，电容c4的正极与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与电阻r1的一端、电容c1的一端、芯片u1的第2引脚连接，电阻r1的另一端与电容c1的另一端、芯片u1的第1引脚连接，芯片u1的第3引脚接5v电源，芯片u1的第4引脚与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端接5v电源，芯片u1的第8引脚接5v电源，芯片u1的第7引脚与电阻r2的一端、电容c5的一端连接，电阻r2的另一端接5v电源，电容c5的另一端接地，芯片u1的第6引脚作为红外信号处理电路的输出端，芯片u1的第5引脚接地；所述的芯片u1型号为eg4002a，电容c1、电容c5、电容c6为瓷片电容，电容c4为电解电容。
作为优选的技术方案，所述mcu用于根据第一信号产生第二信号，所述第二信号为三角波信号以作为雷达探测器的唤醒信号。
作为优选的技术方案，所述热释红外传感器采用型号为7703-1的菲涅尔透镜。
作为优选的技术方案，还包括显示模块，所述显示模块与mcu相连接，用于显示获得运动目标的距离和速度。
相对于现有技术，本发明采用红外传感器模块作为预检模块以减少能耗，同时重新设计fmcw雷达测距电路，用以克服传统微波雷达测距的精度不高，识别率低等缺点。
附图说明
图1为本发明的系统构成图；
图2为本发明中放大电路的电路图；
图3为本发明中滤波电路的电路图；
图4为本发明中次级放大电路的电路图；
图5为本发明中低通滤波电路的电路图；
图6为本发明中红外信号处理电路的电路图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
本发明提供一种基于红外唤醒的fmcw雷达测距电路，如图1所示，至少包括mcu及其与该mcu电连接的fmcw雷达测距模块和红外探测模块，其中，所述红外探测模块用于检测附近的运动目标并当检测到运动目标时产生第一信号发送给mcu；所述mcu用于根据第一信号产生第二信号；所述fmcw雷达测距模块用于根据第二信号产生并发送雷达测距信号以及接收雷达波反馈信号并进行信号处理产生第三信号发送给mcu；所述mcu用于根据第二信号和第三信号获得运动目标的距离和速度；
所述fmcw雷达测距模块进一步包括雷达探测器、放大电路、滤波电路、次级放大电路和低通滤波电路，其中，所述雷达探测器采用rfbeam公司的k-lc1a雷达收发器；其输出信号端与放大电路输入端连接，放大电路的输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与次级放大电路输入端连接，次级放大电路输出端与低通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路的输出端与mcu相连接；所述红外探测模块的输出端与mcu相连接。
采用上述技术方案在fmcw雷达测距系统工作时，使用红外信号作为预警电路，从而有效降低系统能耗。红外探测模块只需感应移动目标而无需对移动目标进行精确测距，当红外探测模块感应到移动目标产生触发信号唤醒雷达测距模块，当雷达信号遇到目标物，雷达将目标物反射的回波信号与本振信号混频输出差频雷达信号。
本发明中，雷达探测器采用瑞士rfbeam公司的k-lc1a雷达收发器。这是一款fmcw雷达，通过mcu控制k-lc1a发射线性扫频信号，当有反射信号时，反射信号与收发器泄漏的本振信号在混频器中混频后产生携带距离信息的差频信号。
差频信号经过精密运放icl7650组成的初级放大电路和vca820可控增益放大器组成的次级放大电路。作为输出信号供mcu分析。
为减少噪声信号干扰，需要设计带通滤波器，使用通频带的频率响应曲线平滑的巴特沃斯滤波器。利用lm324设计了一个二阶低通滤波器和一个二阶高通滤波器，从而形成带通滤波器。经过处理的差频信号提供给单片机采样分析，使用fft算法计算目标的距离与速度信息。
本发明中，采用了被动式热释电红外传感器(pir)，传感元件将由于红外辐射产生电荷变化，经过后续电路的处理，会将红外信号转换为电信号输出。由于热释电红外电路电压信号频率较低，故仅使用电容隔离直流电压。输出信号作为警报信号提供给mcu。红外传感器性能受透镜影响较大，设计使用有效距离长，视界窄的菲涅耳透镜。在一种优选实施方式中，采用型号为7703-1的菲涅尔透镜。
参见图2，所示为本发明放大电路的电路原理图，包括芯片u3、电容c7、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c17、电容c19、电容c21、电阻r7、电阻r9、电阻r11、接口p4，所述接口p4用于接入雷达探测器，接口p4的第5引脚接vco信号，与mcu相连接，用于接收mcu产生的第二信号；接口p4的第4引脚接地，接口p4的第2引脚、电容c17的一端、电容c14的一端连接后接5v电源，电容c17的另一端、电容c14的另一端连接后接地，接口p4的第3引脚接电容c11的一端，电容c11的另一端接电阻r9的一端，芯片u3的第2引脚与电阻r9的另一端、电阻r7的一端、电容c7的一端连接，电阻r7的另一端、电容c7的另一端、芯片u3的第6引脚连接后作为放大电路的输出端，芯片u3的第5引脚与电容c12的一端、电容c13的一端连接，电容c12的另一端与芯片u3的第8引脚连接，电容c13的另一端与芯片u3的第1引脚连接，芯片u3的第4引脚接地，芯片u3的第7引脚、电容c19的一端、电容c21的一端连接，电容c19的另一端与电容c21的另一端连接后接地，芯片u3的第3引脚接电阻r11的一端，电阻r11的另一端接2.5v电源；所述的芯片u3型号为icl7650，电容c7、电容c11、电容c19、电容c17、电容c12、电容c13为瓷片电容，电容c21、电容c14为电解电容。
微波雷达产生的信号为毫伏级，所以需要精度较高的运放对信号进行拾取和放大，同时为了保证信号的准确度，在放大电路中，需要关注运放的精度和噪声系数。
针对毫伏级信号，可以使用斩波稳零式运放进行放大，具有失调电压小，温漂低等优点，可以实现对雷达信号的放大。关于噪声，厂家通过提供元件的噪声系数来供用户了解设备固有噪声量。噪声系数通常是在标准物理温度290k即室温附近测定的。设备的噪声系数表示当信号经过设备时(物理温度为290k)时，会增加多少额外的噪声，而这一数值总是大于或等于一，这也代表任何设备的输出噪声量总是大于或等于输入量。在信号处理中，我们要尽量避免噪声的影响，但设备中的通常存在噪声，因此，在设计运放电路过程中，必须考虑引入噪声的影响。而且，在信号输入端，第一个设备的噪声系数是最重要的，因为其他设备都会对第一个设备的噪声进行增益。同时，提高第一个设备的放大倍数可以有效的减少其他设备噪声的影响。因此，为了减小最后采集的差频信号受到的噪声影响，第一个运放要采用高精度低噪运放。
斩波稳零式运放噪声较小，利用斩波稳零式运放作为处理电路中的第一个设备，可以顺利减小噪声对信号的影响。但是，由于斩波稳零式运放一般会选择高增益的设计，对于外部干扰的抵抗能力也会变弱。由于运放会放大所有接收的信号，所以需要在放大过程中添加滤波器，组成带通滤波器实现只通过期望的目标信号。利用ref5025提供基准电压，精密运放icl7650对雷达信号进行初级放大。上述电路放大增益约为33倍，同时抑制了高频噪声，满足对雷达信号初级处理的要求。
参见图3，所示为滤波电路的电路原理图，包括芯片ic1、电容c8、电容c15、电容c16、电容c18、电容c20、电阻r8、电阻r12；电容c15的一端与放大电路的输出端连接，电容c15的另一端、电容c8的一端、电容c16的一端、电阻r12的一端连接，电容c16的另一端、电阻r8的一端、芯片ic1的第2引脚连接，电容c8的另一端、电阻r8的另一端、芯片ic1的第1引脚连接后作为滤波电路的输出端；芯片ic1的第11引脚接地，电阻r12的另一端与芯片ic1的第3引脚连接后接地，芯片ic1的第4引脚、电容c18的一端、电容c20的一端连接后接5v电源，电容c18的另一端、电容c20的负极连接后接地；所示的芯片ic1型号为lm324，电容c8、电容c15、电容c16、电容c18为瓷片电容，电容c20为电解电容。
lm324为一款常规运放，其适用范围广，可工作在3-32v的电源电路中，偏置电流小，可以内部补偿。因此，在较多电路中都有应用。其中，元件的功率需要查询数据手册确定，防止超过输出功率造成元件损坏。一般情况下，滤波器所需的最大功率受所需信号的功率和多余噪声信号的影响。由于噪声可能受到各种干扰，可能会出现不需要的高功率信号，所以要选择一个功率略大的元件来构成滤波器。至于滤波器引起的信号衰减，处于通频带之内的有用信号往往衰减很小，从0.5分贝到2.5分贝不等，主要受滤波器的类型影响。而通频带之外的不需要的信号会受到很大影响，有效的减小了频段外的干扰。在设计过程中，应该保证信号在通频带中的衰减尽可能小，通频带之外衰减尽可能高，并保证通频带的平坦。
本发明设计了基于运放lm324的二阶巴特沃斯滤波器，该类型滤波器通频带平坦，并且通频带之外频率响应逐渐变化。利用高通滤波器和低通滤波器结合，构成了带通滤波器，降低了噪声对差频信号的干扰，其高通滤波器如图3，低通滤波器如图5所示。
参见图4，所示为本发明中次级放大电路的电路原理图，包括芯片u5、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r24、接口p8；接口p8的第1引脚连接芯片u5的第2引脚，接口p8的第2引脚连接2.5v电源，电阻r21的一端连接2.5v电源，电阻r21的另一端连接芯片u5的第3引脚，电阻r22的一端连接芯片u5的第4引脚，电阻r22的另一端连接芯片u5的第5引脚，电阻r23的一端连接滤波电路的输出端，电阻r23的另一端连接芯片u5的第6引脚，电阻r24的一端连接芯片u5的第12引脚，电阻r24的另一端连接芯片u5的第10引脚后作为次级放大电路的输出端，芯片u5的第1引脚与芯片u5的第14引脚连接后接5v电源，芯片u5的第7引脚与芯片u5的第8引脚连接后接-5v电源，芯片u5的第11引脚接地，芯片u5的第9引脚接2.5v电源；所述的芯片u1型号为vca820；
在次级放大电路中，由于雷达差频信号的电压输出范围较大(20-200mv)，在次级放大过程中，容易出现信号饱和，为了实现信号的归一化，便于单片机对差频信号采样，需要使用压控运放。利用压控信号对次级运放的放大倍数进行调节，保证信号归一性，便于单片机对信号进行识别，使用了压控运放vca820对信号进行二次放大，如图4所示。
参见图5，所示为低通滤波电路的电路原理图，包括芯片ic1、电容c22、电容c24、电阻r13、电阻r14、电阻r15；电阻r14的一端与次级放大电路的输出端连接，电阻r14的另一端、电阻r13的一端、电容c13的一端、电容c24的一端连接，电阻r15的另一端、电容c22的一端、芯片ic1的第6引脚连接，电阻r13的另一端、电容c22的另一端、芯片ic1的第7引脚连接后作为低通滤波电路的输出端，电容c24的另一端与芯片ic1的第5引脚连接后接地；所示的芯片ic1型号为lm324，电容c22、电容c24为瓷片电容。
所述红外探测模块包括热释红外传感器和红外信号处理电路，参见图6，所示为红外信号处理电路的电路原理图，包括芯片u1、电容c1、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r2、电阻r3、电阻r4、接口p1；接口p1用于接入热释红外传感器，接口p1的第3引脚接5v电源，接口p1的第2引脚与电阻r4的一端、电容c6的一端、电容c4的负极连接，接口p1的第1引脚与电阻r4的另一端、电容c6的另一端连接后接地，电容c4的正极与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与电阻r1的一端、电容c1的一端、芯片u1的第2引脚连接，电阻r1的另一端与电容c1的另一端、芯片u1的第1引脚连接，芯片u1的第3引脚接5v电源，芯片u1的第4引脚与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端接5v电源，芯片u1的第8引脚接5v电源，芯片u1的第7引脚与电阻r2的一端、电容c5的一端连接，电阻r2的另一端接5v电源，电容c5的另一端接地，芯片u1的第6引脚作为红外信号处理电路的输出端，芯片u1的第5引脚接地；所述的芯片u1型号为eg4002a，电容c1、电容c5、电容c6为瓷片电容，电容c4为电解电容。
本发明利用了芯片eg4002作为红外信号放大电路，同时包含了电压比较电路，将第一信号传输给mcu。
由于pir传感器输出的信号为10hz左右，幅值为几mv的低频信号，而噪声信号一般高达数十khz，所以在设计了电压放大增益约为80db，并具有抑止高频噪声能力的放大电路。
其中，eg4002内部自带定时功能和30倍的电压增益，便于在红外信号处理电路中使用，简化了设计。其外部增益可通过r1调节。在经过内部初级放大后，红外电路产生的信号仍为模拟信号，为了便于后续单片机接收，内置了电压比较电路。电压比较器通过运放比较两端电压，如果输入电压超过预设端口的阈值电压，运放将会产生电压反转，从而将模拟信号转为数字信号，作为预警信号输出。其中设定的阈值电压越低，系统反应越灵敏，但也会更容易被干扰。
在一种优选实施方式中，所述mcu用于根据第一信号产生第二信号，所述第二信号为三角波信号以作为雷达探测器的唤醒信号，从而提高了雷达测距的精度。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。