一种机械摆动雷达数据通信系统的制作方法

本发明涉及雷达测量技术领域，特别是指一种机械摆动雷达数据通信系统。

背景技术：

无线通信技术在各行业的应用中逐渐广泛，主要因其成本低廉的优势，同时也没有电缆的约束，可以减少时间和空间的限制，更方便操作。无线通信技术由于排除了有线网络中连接器产生的故障，具有较高的安全性和可靠性，同时也可以适应一些比较恶劣环境。

在高炉料面检测领域，为了测量完整的料面信息，可以通过测量料面的多点来综合反映料面信息。雷达作为复杂环境中的首选测量仪器，在高炉料面测量中被广泛使用。由于一个固定雷达只能测量某一点的距离信息，所以采用机械摆动雷达测量多点进行料面拟合，反映料面形状。

目前测距雷达具有辐射功率小、测距精度高及设备集成小型化等众多特点，在工业生产和民用自动化领域获得了广泛的应用。工业现场对机械摆动雷达工作实时性的要求非常高，因此就需要传输效率较高的通信方式，而且由于机械摆动雷达的运动性，有线通信受限于空间的限制，且运动过程中有线通信连接器存在断开的风险，造成通信故障，不能完全适应该场合需求，例如，现有的机械摆动雷达数据通信系统是通过在机械摆动雷达的电路板上的网线接口中插入一根网线，然后网线接到桶外，实现数据传输。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种机械摆动雷达数据通信系统，以解决现有技术所存在的机械摆动雷达数据通信系统在运动过程中有线通信连接器会导致通信故障的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种机械摆动雷达数据通信系统，包括：无线发射系统，无线接收系统以及监控中心；其中，所述无线发射系统和无线接收系统位于同一个密闭空间中；

所述无线发射系统包括：与天线连接的射频单元、处理器和基于wifi通信的无线发射单元；

所述射频单元，用于在所述处理器的控制下，产生调频连续波，并依据产生的所述连续调频波，获取雷达回波数据并将获取的雷达回波信号传输至所述处理器；

所述处理器，用于将接收到的雷达回波数据通过无线发射单元传送至无线接收系统；

所述无线接收系统，用于将接收到的雷达回波数据传送至监控中心。

进一步地，所述射频单元为26ghz射频单元；

所述无线发射单元为2.4ghz通信单元。

进一步地，所述无线发射系统还包括：温度传感器；

所述温度传感器，用于获取机械摆动雷达的工作温度数据，并将获取的温度数据传送至所述处理器；

所述处理器，用于将接收到的温度数据依次通过无线发射单元、无线接收系统传送至所述监控中心。

进一步地，所述无线发射系统还包括：振动传感器；

所述振动传感器，用于获取机械摆动雷达的振动强度，并将获取的振动数据传送至所述处理器；

所述处理器，用于将接收到的振动数据依次通过无线发射单元、无线接收系统传送至所述监控中心。

进一步地，所述无线接收系统包括：基于wifi通信的接收机；

所述接收机，用于接收所述无线发射系统传输的数据，并通过有线通信方式将其发送至监控中心。

进一步地，所述雷达回波数据、温度数据及振动数据采用“头字节+数据字节+尾字节”的结构进行传输；其中，

所述雷达回波数据的结构包括：一个头字节标志位、1024个字节的雷达回波数据和一个字节结束标志位；

所述温度数据的结构包括：一个头字节标志位、1个字节的温度数据和1个字节结束标志位；

所述振动数据的结构包括：1个头字节标志位、6个字节的振动数据和1个字节结束标志位。

进一步地，所述监控中心，还用于设置机械摆动雷达的工作方式，其中，所述工作方式包括：高温断电、高振动强度待机位休息等待。

进一步地，所述监控中心，还用于判断机械摆动雷达的温度数据是否超出预设的正常温度阈值，若超出，则进行温度异常报警；还用于判断机械摆动雷达的温度数据是否大于预设的高温预警阈值，若大于，则进行断电处理。

进一步地，所述监控中心，还用于在机械摆动雷达摆动扫描之前，判断机械摆动雷达的振动数据是否超出预设的正常工作阈值，若大于，则机械摆动雷达报警并进入待机位置休息等待，等待至振动数据小于预设的正常工作阈值时，雷达开始摆动，进行扫描测量。

进一步地，所述监控中心，还用于对射频单元工作状态进行检测，若检测到射频单元工作异常时，则进行射频源异常报警，并重启射频单元。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过与天线连接的射频单元获取雷达回波数据并将获取的雷达回波信号传输至所述处理器，所述处理器将接收到的雷达回波数据通过无线发射单元传送至位于同一个密闭空间中的无线接收系统，这样，通过与天线连接的射频单元、基于wifi通信的无线发射单元实现机械摆动雷达数据的实时可靠传输，不会发生网口松动问题，也没有摆动的网线，能够减少机械摆动雷达运动过程中有线通信连接器断开的风险，增强机械摆动雷达数据通信系统的通信可靠性，实现高炉生产状态下机械摆动雷达长期稳定的实时监测，延长机械摆动雷达数据通信系统的使用寿命，以解决原来机械摆动雷达数据通信系统中的长时通信连接器故障问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的机械摆动雷达数据通信系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的无线发射系统和无线接收系统安装在同一个密闭空间中的安装示意图；

图3为本发明实施例提供的机械摆动雷达数据通信系统的详细结构示意图；

图4为本发明实施例提供的机械摆动雷达数据通信系统的工作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的机械摆动雷达数据通信系统在运动过程中有线通信连接器会导致通信故障的问题，提供一种机械摆动雷达数据通信系统。

如图1所示，本发明实施例提供的机械摆动雷达数据通信系统，包括：无线发射系统，无线接收系统14以及监控中心11；其中，所述无线发射系统和无线接收系统14位于同一个密闭空间中；

所述无线发射系统包括：与天线9连接的射频单元10、处理器6和基于wifi通信的无线发射单元13；

所述射频单元10，用于在所述处理器6的控制下，产生调频连续波，并依据产生的所述连续调频波，获取雷达回波数据并将获取的雷达回波信号传输至所述处理器6；

所述处理器6，用于将接收到的雷达回波数据通过无线发射单元13传送至无线接收系统14；

所述无线接收系统14，用于将接收到的雷达回波数据传送至监控中心11。

本发明实施例所述的机械摆动雷达数据通信系统，通过与天线连接的射频单元获取雷达回波数据并将获取的雷达回波信号传输至所述处理器，所述处理器将接收到的雷达回波数据通过无线发射单元传送至位于同一个密闭空间中的无线接收系统，这样，通过与天线连接的射频单元、基于wifi通信的无线发射单元实现机械摆动雷达数据的实时可靠传输，不会发生网口松动问题，也没有摆动的网线，能够减少机械摆动雷达运动过程中有线通信连接器断开的风险，增强机械摆动雷达数据通信系统的通信可靠性，实现高炉生产状态下机械摆动雷达长期稳定的实时监测，延长机械摆动雷达数据通信系统的使用寿命，以解决原来机械摆动雷达数据通信系统中的长时通信连接器故障问题。

本实施例中，如图2所示，考虑到机械摆动雷达的实时运动性，以及套筒装置1的密闭屏蔽性，采用位于高炉顶端的无线发射系统2(其中，无线发射系统3、4为运动中的无线发射系统2)和无线接收系统5进行数据传输，并将无线发射系统和无线接收系统安装在同一个密闭空间中，其特点是机械摆动雷达数据通信系统中的无线发射系统发送数据，无线接收系统接收数据，能够排除连接器的干扰，使通信过程更加可靠。

本实施例中，考虑到雷达数据传输对实时性的要求，无线通信方式选择wifi通信方式，其特点是传输速率高，传输范围广，运行频率与雷达工作频率无交叉，且发射至套筒外的功率低至不足以影响其他通信设备。无线通信方式选择wifi通信，增强通信系统的实时可靠性，而且基于tcp/ip协议，可与其他以太网和无线设备进行组网，简化双摆动雷达的通信系统。

本实施例中，无线发射系统通过发射调频连续波，进而得到雷达回波数据，随着机械摆动雷达的扫描，处理器对雷达回波数据进行采集，并将雷达回波数据通过无线发射单元发送至无线接收系统，无线接收系统接收无线发射单元发射的数据，并发送至监控中心。

本实施例中，所述处理器可以是dsp处理器，其中，dsp表示数字信号处理。

本实施例中，所述监控中心包括：上位机。所述上位机与无线接收系统建立网络连接，接收无线接收系统发射过来的雷达回波数据，所述监控中心依据接收到的雷达回波数据，进行后续处理，例如，对高炉料面进行绘制。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述射频单元为26ghz射频单元；

所述无线发射单元为2.4ghz通信单元。

本实施例中，无线发射单元的wifi通信方式工作频率在2.4ghz，其频率远小于高炉机械摆动雷达的发射频率26ghz，不会对机械摆动雷达自身的正常工作产生干扰。同时wifi的发射功率足够小，不会对高炉现场的通信设备造成通信干扰。本实施例中，将wifi技术应用在高温高压密闭的工业环境中，扩展了无线通信方式在复杂工业环境的应用领域。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述无线发射系统还包括：温度传感器；

所述温度传感器，用于获取机械摆动雷达的工作温度数据，并将获取的温度数据传送至所述处理器；

所述处理器，用于将接收到的温度数据依次通过无线发射单元、无线接收系统传送至所述监控中心。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述无线发射系统还包括：振动传感器；

所述振动传感器，用于获取机械摆动雷达的振动强度，并将获取的振动数据传送至所述处理器；

所述处理器，用于将接收到的振动数据依次通过无线发射单元、无线接收系统传送至所述监控中心。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述无线接收系统包括：基于wifi通信的接收机；

所述接收机，用于接收所述无线发射系统传输的数据，并通过有线通信方式将其发送至监控中心。

本实施例中，考虑到机械摆动雷达与监控中心中的上位机的距离足够远，在长距离的通信过程中，选择有线通信方式。在机械摆动雷达数据通信系统中，因地制宜，将基于wifi的无线通信方式与有线通信方式有机结合，实现雷达回波数据、温度数据及振动数据的可靠传输。

本实施例中，将无线发射系统集成在机械摆动雷达装置上，无线发射系统随着机械摆动雷达摆动，由于机械摆动雷达工作环境密闭，对无线信号具有屏蔽作用，所以无线接收系统装置固定在机械摆动雷达工作的密闭环境中，无线接收系统再将雷达回波数据通过以太网有线通信方式发送至监控中心，既利用了工业以太网在数据传输实时性、稳定性以及适用性等方面的优越性，又短距离突破电缆的限制，实现机械摆动雷达有线与无线通信方式灵活结合的可靠通信结构。

如图3所示，所述机械摆动雷达数据通信系统包括：无线发射系统，无线接收系统以及监控中心11；其中，无线发射系统包括：处理器6，温度传感器7，振动传感器8，天线9、射频单元10以及无线发射单元13；所述无线接收系统包括：基于wifi通信的接收机12和有线传输线。

本实施例中，基于wifi通信的接收机将无线通信转换为有线通信之后更容易接入网络，组网灵活。例如，在双机械摆动雷达数据通信系统中，每套机械摆动雷达安装一套数据通信系统，两套数据通信系统可以与上位机接入同一个网络中，实现一台上位机对双机械摆动雷达数据通信系统的通信控制，甚至实现一台上位机对n个机械摆动雷达数据通信系统的通信控制。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述雷达回波数据、温度数据及振动数据采用“头字节+数据字节+尾字节”的结构进行传输；其中，

所述雷达回波数据的结构包括：一个头字节标志位、1024个字节的雷达回波数据和一个字节结束标志位；

所述温度数据的结构包括：一个头字节标志位、1个字节的温度数据和1个字节结束标志位；

所述振动数据的结构包括：1个头字节标志位、6个字节的振动数据和1个字节结束标志位。

本实施例中，所述无线发射系统将获取的1024点雷达回波数据发送至所述监控中心中的上位机，由上位机对高炉料面进行绘制。

本实施例中，所述机械摆动雷达数据通信系统对雷达回波数据传输有着实时性要求，传输的采样数据共为1024点，而机械摆动雷达数据通信系统更是每秒钟需要与上位机进行约12次数据交互。目前雷达领域广泛使用的can总线通信、工业4～20ma电流传输速率远远不能达到机械摆动雷达通信实时性的要求。wifi通信方式其理论通信速率可以达到10mbps，能够实时发送大数据量雷达回波数据，保证了机械摆动雷达采集的料面信息完整的呈现。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述监控中心，还用于设置机械摆动雷达的工作方式，其中，所述工作方式包括：高温断电、高振动强度待机位休息等待。

本实施例中，监控中心用于与机械摆动雷达建立网络连接，实时接收机械摆动雷达周期性运动的雷达回波数据，定时接收温度和振动数据，根据接收到的温度和振动数据，对机械摆动雷达的工作方式进行调节。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述监控中心，还用于判断机械摆动雷达的温度数据是否超出预设的正常温度阈值，若超出，则进行温度异常报警；还用于判断机械摆动雷达的温度数据是否大于预设的高温预警阈值，若大于，则进行断电处理。

本实施例中，机械摆动雷达的元件参数特性受温度影响，温度过高情况下，机械摆动雷达元件参数异常，导致整个机械摆动雷达数据通信系统的运行不正常。为了避免这种不良反应，所述监控中心还用于对机械摆动雷达的工作温度进行监控，以防止机械摆动雷达的电路板因温度过高被烧坏，一旦温度过高会造成不可逆的损失。

本实施例中，获取机械摆动雷达的工作温度后，就可以根据获取的温度进行机械摆动雷达工作方式的调节。例如，温度在某个区域中时，雷达可以正常工作，当高于某个阈值后可以进行报警处理，当温度持续增高时，可进行断电处理。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述监控中心，还用于在机械摆动雷达摆动扫描之前，判断机械摆动雷达的振动数据是否超出预设的正常工作阈值，若大于，则机械摆动雷达报警并进入待机位置休息等待，等待至振动数据小于预设的正常工作阈值时，雷达开始摆动，进行扫描测量。

本实施例中，所述机械摆动雷达数据通信系统对传统的雷达装置进行了改进，增加了振动传感器，对机械摆动雷达的振动强度进行监控，以防止机械摆动雷达因振动强度过高而发生故障；因此所述机械摆动雷达数据通信系统不仅能够测量所述机械摆动雷达所照射区域内的料面到所述机械摆动雷达之间的距离，而且能够获取机械摆动雷达的振动数据，监控中心中的上位机可以显示机械摆动雷达的振动数据，振动强度过高时，机械摆动雷达进行高炉振动异常报警并停留在待机位置休息等待，等待至振动数据小于预设的正常工作阈值时，雷达开始摆动，进行扫描测量。

在前述机械摆动雷达数据通信系统的具体实施方式中，进一步地，所述监控中心，还用于对射频单元工作状态进行检测，若检测到射频单元工作异常时，则进行射频源异常报警，并重启射频单元。

本实施例中，所述监控中心，还用于对发生通信故障的机械摆动雷达部位进行报警，确定故障类型，并确定维护周期，让系统的维护更具有针对性和可靠性。

如图4所示，是机械摆动雷达一个扫描周期的工作流程。机械摆动雷达与上位机建立网络连接后，首先监控中心向机械摆动雷达发送询问命令，机械摆动雷达回复自身当前工作环境的温度、射频单元工作状态以及振动强度，监控中心根据接收到的温度、射频单元工作状态以及振动强度进行检测；当射频单元启动正常，机械摆动雷达工作的温度和振动状态均正常时，机械摆动雷达开始进行扫描，并向监控中心发送雷达回波数据，监控中心成功接收到雷达回波数据后，开始进行下一周期的测量。当检测到射频单元工作异常时，监控中心进行射频源异常报警，并重启射频单元；当检测到温度大于预设的第一阈值，小于预设的第二阈值时，监控中心进行温度异常报警，当检测到温度大于等于预设的第二阈值时，进行断电处理；当检测到振动强度大于预设的第三阈值时，监控中心进行振动强度异常报警，并持续进行振动检测。

本实施例中，建立基于wifi可靠的通信机制，通过对雷达工作的温度和振动环境监测，使雷达的工作更加透明化，更加健康稳定。充分利用有线通信可靠性高，无线通信不局限于空间的优势，发挥其传输距离长，传输速率快的优点，将有线通信以及无线通信有机结合，提高机械摆动雷达数据通信系统的传输性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。