CN112346044A - 一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置及感应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置及感应方法，包括前端天线和信号处理模块，前端天线包括发射天线和接收天线，信号处理模块包括发射电路、接收电路、中频放大电路和MCU；本发明采用正交下变频硬件电路技术及多次检测判定处理算法，使得本发明中的雷达感应装置能够实现仅对靠近自动门及出入通道的目标进行检测并输出用于控制门控装置的电平信号，同时，对远离及横向路过雷达探测区域的目标不采取动作，从而极大地提高了感应装置的效率和寿命。

Description

一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置及感应方法
技术领域
本发明涉及雷达移动感应领域，具体是一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置及感应方法。
背景技术
目前，自动门及各种出入通道的门控装置是加装了一个多普勒雷达感应传感器，现有的雷达感应传感器主要是利用基本多普勒原理，能检测到雷达探测区域内的任何移动目标，根据设置的检测门限的不同可以检测到处于移动状态的动物、人及汽车。因为任何移动的目标只要是路过或者是进入该区域都会被雷达检测到，然后会触发自动门或者是出入通道门控装置的频繁开关门动作，对于仅仅只是路过该探测区域的目标来说，门依然会打开，这时候的开门属于门的无效动作会带来能源的浪费，同时大大减少了门控装置的使用寿命。为了提高门控的使用寿命，减少不必要的开门动作，市面上有尝试采用特殊的天线来改变覆盖视角的雷达装置，也有增加红外PIR传感器来辅助检测的办法，但是效果并不理想，这种方法一方面增加了整个系统的复杂性和成本，同时也给门控系统的布设和安装带来了麻烦。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置及感应方法，在不改变现有的自动门及各种出入通道中已大量使用的雷达感应模组的基础上，采用正交下变频硬件电路技术及多次检测判定处理算法，能够实现仅对靠近自动门及出入通道的目标进行检测输出，对远离及横向路过雷达探测区域的目标不采取动作，从而提高感应装置的效率和寿命。
本发明的一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置，包括前端天线和信号处理模块，前端天线包括发射天线和接收天线，信号处理模块包括发射电路、接收电路、中频放大电路和MCU，发射天线与发射电路连接，接收天线与接收电路连接，发射电路与接收电路连接，接收电路与中频放大电路的输入端连接，中频放大电路的输出端与MCU连接；所述接收电路为正交下变频器。
进一步，所述发射电路包括顺序连接的压控振荡器和功率放大器，压控振荡器用于产生24GHz或者60GHz的毫米波信号，功率放大器用于将24GHz或者60GHz的毫米波信号放大并由所述发射天线发射信号。
进一步，所述MCU用于将接收到的模拟信号进行模数转换，并对转换后的数字信号进行处理和计算。
进一步，所述中频放大器的增益为60dB。
本发明还提供一种用于自动门和出入通道的雷达感应方法，包括：
步骤S101、发射电路通过发射天线向探测位置发送24GHz或者60GHz的毫米波，同时发射电路向接收电路发送信号；
步骤S102、接收电路通过接收天线接收从探测位置返回的毫米波，同时接收电路将发射电路发送的信号作为本振信号与接收的毫米波信号进行混频，从而获得中频IQ正交信号；
步骤S103、MCU采用多次检测判定处理算法对中频IQ正交信号进行计算，并对是否存在靠近的目标进行判断，过程包括：
S10301、对模拟的中频IQ正交信号进行信号放大和数字化处理；
S10302、对数字化后的中频IQ正交信号进行去除直流分量计算；
S10303、对数字化并去除直流分量的中频IQ正交信号进行加窗和傅里叶变换；
S10304、在傅里叶变换后的信号的频谱中搜寻最大幅度值，
最大幅度值对应的频率有至少一个正频率分量时，判定为目标远离；
最大幅度值对应的频率有至少一个负频率分量时，判定为目标靠近；
S10305、在一个周期进行多次判定，如果判定结果为目标靠近，利用计数器对累加判定值加1，如果判定结果为目标远离，则不计数；
S10306、经过多个周期的判定和累加，如果在此多个周期内的判定结果均为靠近，且累加值到达预定值后，输出有效电平控制门控装置将门打开；否者不进行动作。
进一步，所述步骤S10301中，信号放大的增益为60dB。
进一步，所述步骤S10305和S10306中，周期为200ms。
本发明的有益效果是：本发明的一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置及感应方法，与传统的多普勒雷达采用单个混频器下变频的方案相比，本发明采用正交下变频硬件电路技术及多次检测判定处理算法，使得本发明中的雷达感应装置能够实现仅对靠近自动门及出入通道的目标进行检测并输出用于控制门控装置的电平信号，同时，对远离及横向路过雷达探测区域的目标不采取动作，从而极大地提高了感应装置的效率和寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本发明的雷达感应装置的结构示意图；
图2为本发明的雷达感应方法的步骤示意图；
图3为本发明的多次检测判定处理算法的步骤图；
图4为本发明的具体实施示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
如图1-图4所示：本实施例的一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置，包括前端天线和信号处理模块，前端天线包括发射天线和接收天线，信号处理模块包括发射电路(产生24GHz或者60GHz的毫米波信号)、接收电路、中频放大电路和MCU，发射天线与发射电路连接，接收天线与接收电路连接，发射电路与接收电路连接，接收电路与中频放大电路的输入端连接，中频放大电路的输出端与MCU连接，发射电路和接收电路集成在一颗芯片中。
其中，发射电路包括顺序连接的压控振荡器(VCO)和功率放大器(PA)，压控振荡器(VCO)用于产生24GHz或者60GHz的毫米波信号，功率放大器(PA)用于将24GHz或者60GHz的毫米波信号的功率放大，并由与发射电路耦合或者连接发射天线发射毫米波信号。
接收电路分别对毫米波信号和由发射电路直接发送的信号进行接收，接收电路的本质是一个正交下变频器，由正交下变频器对毫米波信号和由发射电路直接发送的信号进行混频，从而产生一个中频IQ正交信号，接收电路再将该中频IQ正交信号发送给中频放大器进行放大后发送至MCU，中频放大器的增益为60dB。
MCU为一颗集成有模数转换器(ADC)的Cortex-MO内核的微处理器，MCU将接收到的模拟信号进行模数转换，并对转换后的数字信号进行处理和计算，根据计算结果对是否有物体靠近进行判定。
具体过程由本发明提供的一种用于自动门和出入通道的雷达感应方法提供，主要包括：
步骤S101、发射电路通过内部的压控振荡器(VCO)产生24GHz或者60GHz的毫米波信号，并通过发射天线向探测位置发送该毫米波信号；同时发射电路中的压控振荡器(VCO)产生的振荡信号直接发送至接收电路中；
步骤S102、接收电路通过接收天线接收从探测位置返回的毫米波，同时接收电路将发射电路直接发送的振荡信号作为本振信号与接收的毫米波信号进行混频，从而获得中频IQ正交信号；
步骤S103、MCU采用多次检测判定处理算法对中频IQ正交信号进行计算，并对是否存在靠近的目标进行判断，多次检测判定处理算法的过程包括：
步骤S10301、对模拟的中频IQ正交信号进行信号放大和数字化处理，信号放大的增益为60dB，从而获得原始IQ数字信号；
步骤S10302、对时域两路原始IQ数字信号分别去除平均值，从而减去直流分量；
步骤S10303、接着对减去直流分量的原始IQ数字信号加窗并进行傅里叶变换(FFT)；
步骤S10304、在加窗和傅里叶变换后的信号的频谱中搜寻最大幅度值，
最大幅度值对应的频率有至少一个正频率分量时，判定为目标远离；
最大幅度值对应的频率有至少一个负频率分量时，判定为目标靠近；
步骤S10305、在一个周期进行多次判定，周期为200ms，如果判定结果为目标靠近，利用计数器对累加判定值加1，如果判定结果为目标远离，则不计数；
步骤S10306、经过多个周期的判定和累加，如果在此多个周期内的判定结果均为靠近，且累加值到达预定值后，输出有效电平控制门控装置将门打开；否者不进行动作。
本发明的一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置及感应方法，与传统的多普勒雷达采用单个混频器下变频的方案相比，本发明采用正交下变频硬件电路技术及多次检测判定处理算法，使得本发明中的雷达感应装置能够实现仅对靠近自动门及出入通道的目标进行检测并输出用于控制门控装置的电平信号，同时，对远离及横向路过雷达探测区域的目标不采取动作，从而极大地提高了感应装置的效率和寿命。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置，其特征在于：包括前端天线和信号处理模块，前端天线包括发射天线和接收天线，信号处理模块包括发射电路、接收电路、中频放大电路和MCU，发射天线与发射电路连接，接收天线与接收电路连接，发射电路与接收电路连接，接收电路与中频放大电路的输入端连接，中频放大电路的输出端与MCU连接；所述接收电路为正交下变频器。
2.根据权利要求1所述的一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置，其特征在于：所述发射电路包括顺序连接的压控振荡器和功率放大器，压控振荡器用于产生24GHz或者60GHz的毫米波信号，功率放大器用于将24GHz或者60GHz的毫米波信号放大并由所述发射天线发射信号。
3.根据权利要求1所述的一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置，其特征在于：所述MCU用于将接收到的模拟信号进行模数转换，并对转换后的数字信号进行处理和计算。
4.根据权利要求1所述的一种用于自动门和出入通道的雷达感应装置，其特征在于：所述中频放大器的增益为60dB。
5.一种用于自动门和出入通道的雷达感应方法，其特征在于：包括步骤：
S101、发射电路通过发射天线向探测位置发送24GHz或者60GHz的毫米波，同时发射电路向接收电路发送信号；
S102、接收电路通过接收天线接收从探测位置返回的毫米波，同时接收电路将发射电路发送的信号作为本振信号与接收的毫米波信号进行混频，从而获得中频IQ正交信号；
S103、MCU采用多次检测判定处理算法对中频IQ正交信号进行计算，并对是否存在靠近的目标进行判断，过程包括：
S10301、对模拟的中频IQ正交信号进行信号放大和数字化处理；
S10302、对数字化后的中频IQ正交信号进行去除直流分量计算；
S10303、对数字化并去除直流分量的中频IQ正交信号进行加窗和傅里叶变换；
S10304、在傅里叶变换后的信号的频谱中搜寻最大幅度值，
最大幅度值对应的频率有至少一个正频率分量时，判定为目标远离；
最大幅度值对应的频率有至少一个负频率分量时，判定为目标靠近；
S10305、在一个周期进行多次判定，如果判定结果为目标靠近，利用计数器对累加判定值加1，如果判定结果为目标远离，则不计数；
S10306、经过多个周期的判定和累加，如果在此多个周期内的判定结果均为靠近，且累加值到达预定值后，输出有效电平控制门控装置将门打开；否者不进行动作。
6.根据权利要求5所述的一种用于自动门和出入通道的雷达感应方法，其特征在于：所述步骤S10301中，信号放大的增益为60dB。
7.根据权利要求5所述的一种用于自动门和出入通道的雷达感应方法，其特征在于：所述步骤S10305和S10306中，周期为200ms。
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