CN220105285U - 一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器，包括MCU模块，以及分别与MCU模块连接的串口输入模块、射频模块、信号处理模块、输出控制模块、电源模块；串口输入模块用于供外部向MCU模块输入数据，以获得触发区域和防夹区域的范围；射频模块用于向外部发射连续调频微波信号，以及接收目标的反射信号并与发射源信号混合成中频信号；信号处理模块用于对该中频信号进行滤波及放大处理；MCU模块用于对处理后的中频信号进行提取和判断以获得目标的位置信息和当前状态，并经输出控制模块控制自动门动作；电源模块用于提供电源。本实用新型既可以检测静态目标，也可以检测动态目标的位置信息，并且可以实现多个目标位置信息检测。

Description

一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器

技术领域

本实用新型涉及微波雷达传感器技术领域，尤其涉及一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器。

背景技术

在现有的自动门产品技术中，普遍采用单CW雷达传感器模式、单红外传感器模式、CW雷达传感器+红外传感器模式三种模式实现自动开关及防夹功能，红外传感器是基于物体存在进行反应的，微波雷达传感器是基于运动目标的多普勒现象。现有这三种模式中的传感器，在自动门的实际应用中存在一些不足之处：

一、单CW雷达传感器模式：

1)只能检测运动物体，一旦附近的人员静止不动，雷达便不再反应；

2)只能提供雷达探测范围内是否有运动目标，不能给出目标具体的距离信息；

3)无法感知多目标，感知范围内同时有多个目标移动时，无法分清目标；

4)感知距离不稳定，多次测试结果不稳定，距离的离散性较大；

5)传感器模块体积大，不易安装和集成；

6)雷达范围角度过大容易产生误检导致误开操作。

二、单红外传感器模式(一般采用被动红外传感器)：

1)不管目标是否移动，只要处于扫描范围内就会触发信号；

2)对被检测物体与背景之间的温差有要求；

3)反应速度较慢，只适用于有行动迟缓的人员出入的场所。

三、CW雷达传感器+红外传感器模式(一般采用CW雷达传感器来完成自动门开关的功能，采用主动红外传感器来完成防夹功能)：

1)红外传感器至少需要一个发射端和一个接收端，对安装环境有要求；

2)需要至少两个传感器来完成，成本较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器，既可以检测静态目标，也可以检测动态目标的位置信息，并且可以实现多个目标位置信息检测。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器，包括MCU模块，以及分别与MCU模块连接的串口输入模块、射频模块、信号处理模块、输出控制模块、电源模块；所述串口输入模块用于供外部向MCU模块输入数据，以获得触发区域和防夹区域的范围；所述射频模块还与信号处理模块连接；所述射频模块用于向外部发射连续调频微波信号，以及接收目标的反射信号并与发射源信号混合成中频信号；所述信号处理模块用于对该中频信号进行滤波及放大处理，并将处理后的中频信号传输至MCU模块；所述MCU模块用于对处理后的中频信号进行提取和判断以获得目标的位置信息和当前状态，并经输出控制模块控制自动门动作；所述电源模块用于为整个雷达系统和信号处理提供电源。

较佳地，所述输出控制模块包括分别与MCU模块连接的触发感应单元、防夹处理单元、信号指示单元、电平输出单元；所述电平输出单元与自动门的继电器连接；所述触发感应单元用于根据MCU模块获得的目标位置信息，以判断目标是否进入触发区域；所述防夹处理单元用于判断防夹区域内是否有目标，并将判断的结果通过信号指示单元输出以及通过电平输出单元控制继电器完成自动门的动作。

较佳地，所述射频模块包括射频芯片、与射频芯片连接的用于向目标发射微波信号的发射天线，以及用于接收从目标反射回来的微波信号的接收天线。

较佳地，所述发射天线辐射角度为120度×120度。

较佳地，所述发射天线与接收天线的天线口径均为4.2mm×4.2mm。

较佳地，所述射频芯片的型号为BGT24ATR11。

较佳地，所述MCU模块的MCU型号为AT32F413。

较佳地，所述MCU模块的MCU通过其DAC端口采用LFMCW方法调制微波信号。

较佳地，所述信号处理模块包括滤波处理单元，以及与滤波处理单元连接的放大处理单元；所述滤波处理单元与射频芯片连接，放大处理单元与MCU模块连接。

较佳地，所述微波雷达传感器工作在ISM频段。

采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过将现有自动门雷达传感器的CW(连续波)模式改为FMCW(调频连续波)模式，微波雷达传感器是对目标物体的位移反应，因而反应速度快，适应于更多场合。通过利用FMCW雷达传感器的静态目标检测功能替代红外传感器完成防夹功能，降低成本，同时可以解决红外传感器对安装环境要求高的问题。本实用新型提供的FMCW雷达传感器，可以解决现有自动门雷达传感器不能检测静态目标的位置信息问题，做到既可以检测静态目标，也可以检测动态目标的位置信息，并且可以实现多个目标位置信息的检测。此外，通过天线等设计缩小雷达传感器的整体体积，方便了产品的集成。

附图说明

图1为本实用新型的原理性总框图；

图2为本实用新型的射频模块电路图；

图3为现有技术的大角度射频天线阵列图；

图4为本实用新型的小角度射频天线阵列图；

图5为本实用新型的射频模块天线方向图；

图6为本实用新型的滤波处理单元电路图(LFI路信号)；

图7为本实用新型的放大处理单元电路图；

图8为本实用新型的电源模块电路图；

其中，附图标识说明：

1—MCU模块， 2—串口输入模块，

3—射频模块， 4—信号处理模块，

5—输出控制模块， 6—电源模块，

7—继电器， 31—射频芯片，

32—发射天线， 33—接收天线，

34—天线阵元， 41—滤波处理单元，

42—放大处理单元， 51—触发感应单元，

52—防夹处理单元， 53—信号指示单元，

54—电平输出单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

参照图1至8所示，本实用新型提供一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器，包括MCU模块1，以及分别与MCU模块1连接的串口输入模块2、射频模块3、信号处理模块4、输出控制模块5、电源模块6；所述串口输入模块2用于供外部向MCU模块1输入数据，以获得触发区域和防夹区域的范围；具体的，本实用新型通过设置串口输入模块2，微波雷达传感器还具备UART串口输入输出功能，用户可以根据指令表，自定义灵敏度和感应范围等。进一步地，触发区域和防夹区域的范围由串口输入模块2控制，具体实现是：外部通过串口输入模块2向MCU模块1输入数据，MCU模块1根据协议解析数据得到触发区域和防夹区域的范围。

所述射频模块3还与信号处理模块4连接；所述射频模块3包括射频芯片31、与射频芯片31连接的用于向目标发射微波信号的发射天线32，以及用于接收从目标反射回来的微波信号的接收天线33。所述信号处理模块4包括滤波处理单元41，以及与滤波处理单元41连接的放大处理单元42；所述滤波处理单元41与射频芯片31连接，放大处理单元42与MCU模块1连接。

所述射频模块3用于向外部发射连续调频微波信号，以及接收目标的反射信号并与发射源信号混合成中频信号；所述信号处理模块4用于对该中频信号进行滤波及放大处理，并将处理后的中频信号传输至MCU模块1；所述MCU模块1用于对处理后的中频信号进行提取和判断以获得目标的位置信息和当前状态，并经输出控制模块5控制自动门动作；所述电源模块6用于为整个雷达系统和信号处理提供电源。

现有的被动红外传感器对被检测目标物体与背景之间的温差有要求，现实应用场景中并不能保证物品(如推车等)与周围环境之间的温度差够大，所以一般只应用于检测生物。而微波雷达传感器信号可以毫无困难地被引导，并通过地板、墙壁和其他表面反射回射频模块，应用场景更广泛。

微波雷达传感器工作在ISM波段(24.0～24.25GHz)。

本实用新型通过使用射频芯片31，型号为BGT24ATR11，采用静态目标检测和动态目标检测相结合的方式。防夹区域外，微波雷达传感器进行动态目标检测，当目标物体靠近自动门时，MCU模块1触发开门信号，自动门开启；当目标静止不动时，自动门关闭。防夹区域内，微波雷达传感器进行静态+动态目标检测，只要检测到防夹区域内有目标，MCU模块1触发开门信号。

继续参照图3至4，重新设计了天线阵列单元的排布，其中图3为现有的大角度射频天线阵列图，天线口径一般低于4mm×4mm；而图4为本实用新型改进后的小角度射频天线阵列图，天线口径为4.2mm×4.2mm。本实用新型通过增大射频天线的口径，减少天线阵元34数，一方面可以增大天线的有效面积，缩小传感器模块的尺寸。一具体实施例中，本实用新型提供的微波雷达传感器的成品模块长宽为36mm×19mm，厚度为5mm，极大地方便了产品的使用和集成。另一方面，增大天线的口径缩小了波束宽度，将天线的辐射能量集中到检测范围内，比起以往的大角度天线，本实用新型的天线有效面积更大，而且因为波束聚拢的原因，天线的增益也更强，使雷达角度更适用于自动门的使用环境，雷达传感器体积更小巧，更方便集成到各种系统。

根据使用经验，门口正前方120度区域内来人的可能性是最大的。因此，在另一具体实施例中，继续参照图5，将天线辐射角度控制设定在120度×120度，此角度在实际使用过程中，充分照顾到了门前来人区域，且在最大程度上屏蔽了自动门侧方和后方人员或物体可能带来的干扰，减少了无用触发，增加有效触发的灵敏度。

进一步地，MCU模块1选型使用了高性能32位MCU，型号为AT32F413，可以采集雷达的模拟信号，并实现高速计算，使得测距更加精准，提高了用户体验感。

由MCU模块1中的DAC端口调制，调制方法采用LFMCW方法调制，通过射频模块3的发射天线32向外发射经调制后的微波信号，如果目标存在则该微波信号的一部分会被目标反射回射频模块3，反射回的信号被射频模块3的接收天线33接收并在其内部与发射源信号混合，混合后的信号为中频信号，包含有目标的距离特征。该中频信号经过信号处理模块4的滤波、放大后进入MCU模块1的ADC端口，经信号处理模块4处理后的中频信号可以提取静止目标的位置信息。MCU模块1的ADC对该信号进行数字转换，得到的数字信号在MCU模块1内部经过数字处理提取出目标的距离、能量信息，从而实现对目标位置的感应探测，进一步运算即可得到目标的位置信息和目标当前状态。具体的提取、判断、运算等采用本领域技术人员所熟知的常规方法实现，在此不再赘述。

本实用新型的FMCW(调频连续波)雷达传感器通过发射天线32向外发射一列连续调频毫米波信号，并通过接收天线33接收目标的反射信号，这种调制方式既可以检测运动目标也可以检测静态或微动目标，在防夹区域外检测运动目标，防夹区域内检测静止或微动目标。

所述输出控制模块5包括分别与MCU模块1连接的触发感应单元51、防夹处理单元52、信号指示单元53、电平输出单元54；所述电平输出单元54与自动门的继电器7连接；所述触发感应单元51用于根据MCU模块1获得的目标位置信息，以判断目标是否进入触发区域；所述防夹处理单元52用于判断防夹区域内是否有目标，并将判断的结果通过信号指示单元53输出以及通过电平输出单元54控制继电器7完成自动门的动作。

具体的，目标的位置信息和当前状态(目标的距离、速度和角度等信息)获得后，触发感应单元51通过这些位置信息判断目标是否进入触发区域，防夹功能单元52判断防夹区域内是否有目标，并将判断的结果通过信号指示单元53输出，同时通过电平输出单元54控制继电器7等完成开门、关门的动作。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，包括MCU模块，以及分别与MCU模块连接的串口输入模块、射频模块、信号处理模块、输出控制模块、电源模块；所述串口输入模块用于供外部向MCU模块输入数据，以获得触发区域和防夹区域的范围；所述射频模块还与信号处理模块连接；所述射频模块用于向外部发射连续调频微波信号，以及接收目标的反射信号并与发射源信号混合成中频信号；所述信号处理模块用于对该中频信号进行滤波及放大处理，并将处理后的中频信号传输至MCU模块；所述MCU模块用于对处理后的中频信号进行提取和判断以获得目标的位置信息和当前状态，并经输出控制模块控制自动门动作；所述电源模块用于为整个雷达系统和信号处理提供电源。

2.根据权利要求1所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述输出控制模块包括分别与MCU模块连接的触发感应单元、防夹处理单元、信号指示单元、电平输出单元；所述电平输出单元与自动门的继电器连接；所述触发感应单元用于根据MCU模块获得的目标位置信息，以判断目标是否进入触发区域；所述防夹处理单元用于判断防夹区域内是否有目标，并将判断的结果通过信号指示单元输出以及通过电平输出单元控制继电器完成自动门的动作。

3.根据权利要求1所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述射频模块包括射频芯片、与射频芯片连接的用于向目标发射微波信号的发射天线，以及用于接收从目标反射回来的微波信号的接收天线。

4.根据权利要求3所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述发射天线辐射角度为120度×120度。

5.根据权利要求3所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述发射天线与接收天线的天线口径均为4.2mm×4.2mm。

6.根据权利要求3所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述射频芯片的型号为BGT24ATR11。

7.根据权利要求1所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述MCU模块的MCU型号为AT32F413。

8.根据权利要求7所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述MCU模块的MCU通过其DAC端口采用LFMCW方法调制微波信号。

9.根据权利要求3所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述信号处理模块包括滤波处理单元，以及与滤波处理单元连接的放大处理单元；所述滤波处理单元与射频芯片连接，放大处理单元与MCU模块连接。

10.根据权利要求1所述的带防夹功能的自动门微波雷达传感器，其特征在于，所述微波雷达传感器工作在ISM频段。