一种雷达物位测量系统及其供电方法
阅读：11发布：2021-06-07
专利汇可以提供一种雷达物位测量系统及其供电方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本文公开了一种雷达物位测量系统及供电方法。所述系统包括：供电模 块 和负载 电路 ；供电模块用于将直流电源的 电能 通过储能和降压转换为设定的 电压 并为负载电路供电；雷达射频 信号 处理模块用于发射并接收雷达 射频信号 ，将接收到的雷达射频信号转换为雷达 数字信号 输出至控制及 信号处理 模块； 开关 模块用于导通时接通雷达射频信号处理模块的供电端，断开时断开雷达射频信号处理模块的供电端；控制及信号处理模块用于控制开关模块的导通和断开使所述雷达射频信号处理模块间歇上电，在接收到雷达数字信号后进行 数据处理 得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出 电流 使其表示测量结果的数值。本文的方案能满足两线制雷达物位测量系统的功耗要求。，下面是一种雷达物位测量系统及其供电方法专利的具体信息内容。
1.一种雷达物位测量系统，包括：供电模块和负载电路；所述负载电路包括：开关模块，雷达射频信号处理模块，控制及信号处理模块；
所述供电模块，用于将直流电源的电能通过储能和降压转换为设定的电压并为负载电路供电；
雷达射频信号处理模块，用于发射并接收雷达射频信号，将接收到的雷达射频信号转换为雷达数字信号输出至控制及信号处理模块；
开关模块，用于导通时接通雷达射频信号处理模块的供电端，断开时断开雷达射频信号处理模块的供电端；
控制及信号处理模块，用于控制开关模块的导通和断开使所述雷达射频信号处理模块间歇上电：在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电；在接收到所述雷达数字信号后，对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值；
所述供电模块包括：电流控制单元、储能单元、电流泄放单元和降压单元；储能单元包括储能元件；
电流控制单元的输入端连接直流电源，输出端连接储能单元，用于在控制及信号处理模块的控制下改变直流电源的输出电流；
储能单元的输入端连接电流控制单元，输出端连接降压单元，用于通过储能元件储存直流电源的电能；
电流泄放单元连接储能单元，用于当储能元件两端的电压超过阈值时进行电流泄放；
降压单元的输入端连接储能单元，输出端连接负载电路，用于将储能单元输出的电压降低为多路电源电压，输出至负载电路。
2.如权利要求1所述的雷达物位测量系统，其特征在于：
控制及信号处理模块，用于采用以下方式控制开关模块导通：定时控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块周期性上电。
3.如权利要求1或2所述的雷达物位测量系统，其特征在于：
所述控制及信号处理模块，包括：主控芯片和数字信号处理DSP芯片；
所述主控芯片，用于接收所述DSP芯片发送的测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值；
所述DSP芯片，用于控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电；对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至所述主控芯片。
4.如权利要求3所述的雷达物位测量系统，其特征在于：
所述DSP芯片，还用于在将所述测量结果发送至所述主控芯片后，进入休眠模式或低功耗模式。
5.如权利要求4所述的雷达物位测量系统，其特征在于：
所述DSP芯片，还用于接收到主控芯片的唤醒信号后退出休眠模式或低功耗模式；在退出休眠模式或低功耗模式后，控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；
所述主控芯片，还用于定时向所述DSP芯片发送唤醒信号。
6.如权利要求1所述的雷达物位测量系统，其特征在于：
所述电流控制单元包括：第一运算放大器U1，第二运算放大器U2，电阻R1，R2，R3，R4，R5，开关管Q1和Q2；
所述雷达物位测量系统还包括：数模转换器DAC100；所述DAC100与所述控制及信号处理模块连接或内置在所述控制及信号处理模块内，用于将测量结果转换为控制电流信号的电压信号；
所述第一运算放大器U1的反相输入端分别连接电阻R2的第一端和开关管Q1的第一端，电阻R2的第二端连接所述直流电源的正极，所述直流电源的负极接地；所述第一运算放大器U1的同相输入端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端分别连接电阻R1的第二端和开关管Q2的第一端；电阻R1的第一端连接所述直流电源的正极；所述第一运算放大器U1的输出端连接开关管Q1的第二端；
所述第二运算放大器U2的同相输入端连接DAC100的输出端；所述第二运算放大器U2的反相输入端连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端分别连接开关管Q1的第三端和电阻R5的第一端；电阻R5的第二端接地；所述第二运算放大器U2的输出端连接开关管Q2的第二端；所述开关管Q2的第三端作为所述电流控制单元101的输出端。
7.如权利要求1所述的雷达物位测量系统，其特征在于：
所述电流泄放单元包括：运算放大器U3，三极管J1，电阻R6，R7，R8，R9，和稳压管Z1；
所述运算放大器U3的反相端连接电阻R6的第一端和电阻R7的第一端 ，所述电阻R6的第二端连接电容C1的第一端，所述电容C1的第二端接地，所述电阻R7的第二端接地；所述电容C1是储能元件；
所述运算放大器U3的同相端连接参考电压；
所述运算放大器U3的输出端连接晶体管J1的基极，所述晶体管J1的集电极连接电阻R9的第一端，所述电阻R9的第二端连接电容C1的第一端；所述晶体管J1的发射极接地。
8.如权利要求1所述的雷达物位测量系统，其特征在于：
所述雷达射频信号处理模块是雷达传感器芯片。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的雷达物位测量系统的供电方法，包括：
数字信号处理DSP芯片接收到主控芯片定时发送的唤醒信号退出休眠模式或低功耗模式，控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电；
所述雷达射频信号处理模块上电后，发射并接收雷达射频信号，将接收到的雷达射频信号转换为雷达数字信号并输出至所述DSP芯片；
所述DSP芯片接收到所述雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电；
所述DSP芯片对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至所述主控芯片，进入休眠模式或低功耗模式；
所述主控芯片接收到所述测量结果后，控制供电模块改变直流电源的输出电流。
一种雷达物位测量系统及其供电方法
技术领域
[0001] 本文涉及物位测量技术领域，尤其涉及的是一种雷达物位测量系统及其供电方法。
背景技术
[0002] 雷达物位计是物位测量领域一种常用的计量仪器，具有测量精准、性能稳定、可靠性高、维护简便、适用范围广等优点。雷达物位计可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触式连续测量。随着雷达物位计向着智能化、小型化的发展，现在的雷达物位计通常采用单芯片雷达传感器进行测量。
[0005] 本文所要解决的技术问题是提供一种雷达物位测量系统及其供电方法，能够满足两线制雷达物位测量系统的功耗要求。
[0008] 雷达射频信号处理模块，用于发射并接收雷达射频信号，将接收到的雷达射频信号转换为雷达数字信号输出至控制及信号处理模块；
[0009] 开关模块，用于导通时接通雷达射频信号处理模块的供电端，断开时断开雷达射频信号处理模块的供电端；
[0010] 控制及信号处理模块，用于控制开关模块的导通和断开使所述雷达射频信号处理模块间歇上电；在接收到雷达数字信号后，对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值。
[0011] 在示例性实施例中，控制及信号处理模块，用于采用以下方式控制开关模块断开：在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电。
[0012] 在示例性实施例中，控制及信号处理模块，用于采用以下方式控制开关模块导通：定时控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块周期性上电。
[0013] 在示例性实施例中，所述控制及信号处理模块，包括：主控芯片和数字信号处理DSP芯片；
[0014] 所述主控芯片，用于接收所述DSP芯片发送的测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值；
[0015] 所述DSP芯片，用于控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电；对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至所述主控芯片。
[0016] 在示例性实施例中，所述DSP芯片，还用于在将所述测量结果发送至所述主控芯片后，进入休眠模式或低功耗模式。
[0017] 在示例性实施例中，所述DSP芯片，还用于接收到主控芯片的唤醒信号后退出休眠模式或低功耗模式；在退出休眠模式或低功耗模式后，控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；
[0018] 所述主控芯片，还用于定时向所述DSP芯片发送唤醒信号。
[0019] 在示例性实施例中，所述供电模块包括：电流控制单元、储能单元、电流泄放单元和降压单元；储能单元包括储能元件；
[0020] 电流控制单元的输入端连接直流电源，输出端连接储能单元，用于在控制及信号处理模块的控制下改变直流电源的输出电流；
[0021] 储能单元的输入端连接电流控制单元，输出端连接降压单元，用于通过储能元件储存直流电源的电能；
[0022] 电流泄放单元连接储能单元，用于当储能元件两端的电压超过阈值时进行电流泄放；
[0023] 降压单元的输入端连接储能单元，输出端连接负载电路，用于将储能单元输出的电压降低为多路电源电压，输出至负载电路。
[0025] 所述雷达物位测量系统还包括：数模转换器DAC100；所述DAC100与所述控制及信号处理模块连接或内置在所述控制及信号处理模块内，用于将测量结果转换为控制电流信号的电压信号；
[0026] 所述第一运算放大器U1的反相输入端分别连接电阻R2的第一端和开关管Q1的第一端，电阻R2的第二端连接所述直流电源的正极，所述直流电源的负极接地；所述第一运算放大器U1的同相输入端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端分别连接电阻R1的第二端和开关管Q2的第一端；电阻R1的第一端连接所述直流电源的正极；所述第一运算放大器U1的输出端连接开关管Q1的第二端；
[0027] 所述第二运算放大器U2的同相输入端连接DAC100的输出端；所述第二运算放大器U2的反相输入端连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端分别连接开关管Q1的第三端和电阻R5的第一端；电阻R5的第二端接地；所述第二运算放大器U2的输出端连接开关管Q2的第二端；所述开关管Q2的第三端作为所述电流控制单元101的输出端。
[0028] 在示例性实施例中，所述电流泄放单元包括：运算放大器U3，三极管J1，电阻R6，R7，R8，R9，和稳压管Z1；
[0029] 所述运算放大器U3的反相端连接电阻R6的第一端和电阻R7的第一端，所述电阻R6的第二端连接电容C1的第一端，所述电容C1的第二端接地，所述电阻R7的第二端接地；所述电容C1是储能元件；
[0030] 所述运算放大器U3的同相端连接参考电压Vref；
[0032] 在示例性实施例中，所述雷达射频信号处理模块是雷达传感器芯片。
[0033] 本发明实施例提供一种雷达物位测量系统的供电方法，包括：
[0034] 控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电；
[0035] 雷达射频信号处理模块上电后，发射并接收雷达射频信号，将接收到的雷达射频信号转换为雷达数字信号并输出至控制及信号处理模块；
[0036] 控制及信号处理模块接收到雷达数字信号后，控制开关模块断开使雷达射频信号处理模块断电，对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值。
[0037] 在示例性实施例中，所述控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电，包括：
[0038] 控制及信号处理模块定时控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电。
[0039] 在示例性实施例中，所述控制及信号处理模块包括：主控芯片和数字信号处理DSP芯片；
[0040] 所述控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电，包括：DSP芯片控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电；
[0041] 所述控制及信号处理模块接收到雷达数字信号后，控制开关模块断开使雷达射频信号处理模块断电，包括：DSP芯片接收到雷达数字信号后，控制开关模块断开使雷达射频信号处理模块断电；
[0042] 所述控制及信号处理模块对所述雷达数字信号进行处理得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，包括：DSP芯片对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至主控芯片；主控芯片接收到测量结果后，控制供电模块改变直流电源的输出电流。
[0043] 在示例性实施例中，所述方法还包括：
[0044] DSP芯片将测量结果发送至主控芯片后，进入休眠模式或低功耗模式；
[0045] DSP芯片在接收到主控芯片的唤醒信号后退出休眠模式或低功耗模式；
[0046] 所述控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电，包括：
[0047] DSP芯片在退出休眠模式或低功耗模式后，控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电。
[0048] 与相关技术相比，本发明实施例提供的雷达物位测量系统及其供电方法，通过间歇为雷达射频信号处理模块供电能够减少雷达射频信号处理模块的耗电量，从而满足两线制雷达物位测量系统的功耗要求。在一些实施方式中，控制及信号处理模块控制雷达射频信号处理模块周期性上电，控制及信号处理模块在接收到雷达射频信号处理模块输出的雷达数字信号后，第一时间控制雷达射频信号处理模块断电，最大限度缩短了雷达射频信号处理模块的上电时间，进一步降低了整个雷达物位测量系统的功耗。由控制及信号处理模块承担雷达数字信号处理功能，可以通过使负责雷达数据处理的DSP芯片在不处理雷达数字信号时进入休眠或低功耗状态，从而进一步降低整个物位测量系统的功耗。附图说明
[0049] 图1为本发明实施例中一种雷达物位测量系统的示意图；
[0050] 图2-a为本发明实施例中一种控制及信号处理模块的示意图；
[0051] 图2-b为本发明实施例中另一种控制及信号处理模块的示意图；
[0052] 图3为本发明实施例中一种供电模块的示意图；
[0053] 图4-a为本发明实施例中一种电流控制单元的示意图；
[0054] 图4-b为本发明实施例中一种电流泄放单元的示意图；
[0055] 图5为本发明实施例中一种雷达物位测量系统(带显示操作模块)的示意图；
[0056] 图6为本发明实施例中一种雷达物位测量系统的供电方法流程图；
[0057] 图7为本发明示例1的雷达物位测量系统示意图；
[0058] 图8为本发明示例1中单芯片雷达传感器的示意图。
[0059] 附图标记
[0060] 1供电模块；2负载电路；20开关模块；30雷达射频信号处理模块；40控制及信号处理模块；50显示及操作模块；
[0061] 101电流控制单元；102储能单元；103电流泄放单元；104降压单元；
[0062] 401主控芯片；402DSP芯片；
[0063] 100数模转换器DAC。
具体实施方式
[0064] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0065] 本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0066] 如图1所示，本发明至少一个实施例提供了一种雷达物位测量系统，包括：供电模块1和负载电路2；所述负载电路2包括：开关模块20，雷达射频信号处理模块30，控制及信号处理模块40；
[0067] 所述供电模块，用于将直流电源的电能通过储能和降压转换为设定的电压并为负载电路供电；
[0068] 雷达射频信号处理模块，用于发射并接收雷达射频信号，将接收到的雷达射频信号转换为雷达数字信号输出至控制及信号处理模块；
[0069] 开关模块，用于导通时接通雷达射频信号处理模块的供电端，断开时断开雷达射频信号处理模块的供电端；
[0070] 控制及信号处理模块，用于控制开关模块的导通和断开使所述雷达射频信号处理模块间歇上电；在接收到雷达数字信号后，对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值。
[0071] 在上述实施方式中，雷达射频信号处理模块间歇上电能够减少雷达射频信号处理模块的耗电量，使得在最小传输电流供电情况下整个雷达物位测量系统仍然能够满足功耗要求。
[0072] 在一种实施方式中，控制及信号处理模块，用于采用以下方式控制开关模块断开：在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电。
[0073] 在上述实施方式中，控制及信号处理模块在接收到雷达射频信号处理模块输出的雷达数字信号后，第一时间控制雷达射频信号处理模块断电，最大限度缩短了雷达射频信号处理模块的上电时间，进一步降低了整个雷达物位测量系统的功耗。
[0074] 在一种实施方式中，控制及信号处理模块，用于采用以下方式控制开关模块导通：定时控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块周期性上电。
[0075] 在上述实施方式中，使雷达射频信号处理模块周期性上电相对于一直为雷达射频信号处理模块上电，能够更加节省雷达物位测量系统的功耗。
[0076] 在一种实施方式中，控制及信号处理模块对所述雷达数字信号进行的数据处理包括：FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)运算；
[0077] 在一种实施方式中，所述雷达射频信号处理模块采用雷达传感器芯片实现。
[0078] 相关技术中，雷达传感器芯片上一般集成有雷达射频信号处理子系统和雷达数字信号处理子系统，因此，雷达传感器芯片的功耗较大。雷达传感器芯片上的雷达射频信号处理子系统先工作，生成雷达数字信号，然后雷达传感器芯片上的雷达数字信号处理子系统再开始工作，进行雷达数字信号处理(比如，FFT运算、取对数运算)，由于数字信号运算时间较长，因此整个芯片处于长时间耗电状态。
[0079] 而本申请的技术方案，如果雷达传感器芯片上同时集成有雷达射频信号处理子系统和雷达数字信号处理子系统(雷达硬件加速器)，也仅仅利用雷达传感器芯片上的雷达射频信号处理子系统，并不使用芯片内部的雷达硬件加速器。一旦雷达射频信号处理子系统从天线接收到雷达射频信号并处理为雷达数字信号后，就将所述雷达数字信号输出到所述雷达传感器芯片之外，然后由控制及信号处理模块控制开关模块断开使雷达传感器芯片断电，从而使雷达传感器芯片处于短时工作状态，节省整个物位测量系统的功耗。
[0080] 在一种实施方式中，如图2-a所示，所述控制及信号处理模块40，包括：主控芯片401和数字信号处理DSP芯片402；
[0081] 所述主控芯片，用于接收所述DSP芯片发送的测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值；
[0082] 所述DSP芯片，用于控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电；对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至所述主控芯片。
[0083] 在一种实施方式中，如图2-b所示，所述控制及信号处理模块40，包括：主控芯片401和数字信号处理DSP芯片402；
[0084] 所述主控芯片，用于控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电，向DSP芯片发送第一通知消息；接收到第二通知消息后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电，接收到测量结果后，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值；
[0085] 所述DSP芯片，用于接收到第一通知消息后做信号接收准备，在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，向所述主控芯片发送第二通知消息，对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至所述主控芯片；
[0086] 上述实施方式中，将控制功能和数字信号处理功能通过两块独立的芯片分别负责，一般地，DSP芯片擅长运算处理，而控制芯片可以不关注计算性能，控制和计算分开设置能够优化系统设计，利于芯片选型。
[0087] 在一种实施方式中，所述DSP芯片，还用于在将所述测量结果发送至所述主控芯片后，进入休眠模式或低功耗模式。
[0088] 在上述实施方式中，DSP芯片在处理完雷达数据后就进入休眠或低功耗模式，能够进一步节省雷达物位测量系统的功耗。
[0089] 在一种实施方式中，所述DSP芯片，还用于接收到主控芯片的唤醒信号后退出休眠模式或低功耗模式；在退出休眠模式或低功耗模式后，控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；
[0090] 所述主控芯片，还用于定时向所述DSP芯片发送唤醒信号；
[0091] 在上述实施方式中，主控芯片上一般都集成了定时器，因此，可以由主控芯片定时唤醒DSP芯片。
[0092] 在一种实施方式中，如图3所示，所述供电模块包括：电流控制单元101、储能单元102、电流泄放单元103和降压单元104；储能单元包括储能元件；
[0093] 电流控制单元的输入端连接直流电源，输出端连接储能单元，用于在控制及信号处理模块的控制下改变直流电源的输出电流；
[0094] 储能单元的输入端连接电流控制单元，输出端连接降压单元，用于通过储能元件储存直流电源的电能；
[0095] 电流泄放单元连接储能单元，用于当储能元件两端的电压超过阈值时进行电流泄放；
[0096] 降压单元的输入端连接储能单元，输出端连接负载电路，用于将储能单元输出的电压降低为多路电源电压，输出至负载电路。
[0097] 在一种实施方式中，所述储能元件包括：电容；
[0098] 在一种实施方式中，如图4-a所示，所述电流控制单元101包括：第一运算放大器U1，第二运算放大器U2，电阻R1，R2，R3，R4，R5，开关管Q1和Q2；
[0099] 所述雷达物位测量系统还包括：数模转换器DAC100；所述DAC100与所述控制及信号处理模块连接或内置在所述控制及信号处理模块内，用于将测量结果转换为控制电流信号的电压信号；
[0100] 所述第一运算放大器U1的反相输入端分别连接电阻R2的第一端和开关管Q1的第一端，电阻R2的第二端连接所述直流电源的正极，所述直流电源的负极接地；所述第一运算放大器U1的同相输入端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端分别连接电阻R1的第二端和开关管Q2的第一端；电阻R1的第一端连接所述直流电源的正极；所述第一运算放大器U1的输出端连接开关管Q1的第二端；
[0101] 所述第二运算放大器U2的同相输入端连接DAC100的输出端；所述第二运算放大器U2的反相输入端连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端分别连接开关管Q1的第三端和电阻R5的第一端；电阻R5的第二端接地；所述第二运算放大器U2的输出端连接开关管Q2的第二端；所述开关管Q2的第三端作为所述电流控制单元101的输出端。
[0102] 在上述电流控制单元101中，电阻R1是采样电阻，用于采样直流电源的输出电流。假设流过采样电阻R1的电流为I。根据运算放大器的电气特点，流经R3的电流为零，因为运算放大器的同相输入端与反相输入端电压相同，因此，电阻R2和采样电阻R1上的压降相同，UR1＝UR2。
[0103] 开关管Q1的第二端(栅极)是控制端，开关管Q1导通时，流经R2的电流从开关管Q1的第一端流向开关管Q1的第二端，并流过电阻R5。根据运算放大器的电气特点，流经R4的电流为零，IR2＝IR5。
[0104] 改变DAC100的输出电压V0会导致第二运算放大器U2调节开关管Q2，通过改变电流I使得第二运算放大器U2的反相输入端的电压总是等于同相输入端的电压，即V0＝I*R1/R2*R5。
[0105] 也即：I＝V0/R5*R2/R1＝V0*[R2/(R1*R5)]；
[0106] 假设a＝[R2/(R1*R5)]，则I＝a*V0；
[0107] 因此，流过采样电阻R1的电流I可以通过DAC100的输出电压V0来调节。当选取电阻R2的阻值远远大于采样电阻R1的阻值时，直流电源的输出电流大部分都流过采样电阻R1，通过电阻R2分流的电流很少，可以忽略不计。因此，通过采样电阻R1可以近似采样直流电源的输出电流。
[0108] 因此，电流控制单元101可以通过DAC100的输出电压控制直流电源的输出电流，使得两线制信号传输线上传输的电流值的大小与测量结果相对应。
[0109] 在一种实施方式中，如图4-b所示，所述电流泄放单元包括：运算放大器U3，三极管J1，电阻R6，R7，R8，R9，和稳压管Z1；
[0110] 所述运算放大器U3的反相端连接电阻R6的第一端和电阻R7的第一端，所述电阻R6的第二端连接电容C1的第一端，所述电容C1的第二端接地，所述电阻R7的第二端接地；所述电容C1是储能元件；
[0111] 所述运算放大器U3的同相端连接参考电压Vref；
[0112] 所述运算放大器U3的输出端连接晶体管J1的基极，所述晶体管J1的集电极连接电阻R9的第一端，所述电阻R9的第二端连接电容C1的第一端；所述晶体管J1的发射极接地。
[0113] 上述电流泄放单元的电路中，当电容C1两端的电压超过U0时，运算放大器U3的输出端输出电压U1，当电压U1超过晶体管的导通门限时，晶体管导通，C1上的电能通过晶体管J1进行泄放，直到C1上的电压降低为小于或等于U2时，晶体管J1截止，电流泄放停止。电压U0和U2的取值和参考电压Vref有关，通过调节参考电压Vref的值，可以调整储能电容C1的泄放阈值。
[0114] 稳压管Z1在电容C1两端的电压超过稳压管的稳压值时，通过稳压管进行电流泄放。
[0115] 在一种实施方式中，如图5所示，所述雷达物位测量系统还包括：显示及操作模块50；
[0117] 如图6所示，本发明至少一个实施例提供了一种雷达物位测量系统的供电方法，包括：
[0118] 步骤S110：控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电；
[0119] 步骤S120：雷达射频信号处理模块上电后，发射并接收雷达射频信号，将接收到的雷达射频信号转换为雷达数字信号并输出至控制及信号处理模块；
[0120] 步骤S130：控制及信号处理模块接收到雷达数字信号后，控制开关模块断开使雷达射频信号处理模块断电，对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值。
[0121] 上述实施方式中，雷达射频信号处理模块间歇上电能够减少雷达射频信号处理模块的耗电量，使得在最小传输电流供电情况下整个雷达物位测量系统仍然能够满足功耗要求。控制及信号处理模块在接收到雷达射频信号处理模块输出的雷达数字信号后，第一时间控制雷达射频信号处理模块断电，最大限度缩短了雷达射频信号处理模块的上电时间，进一步降低了整个雷达物位测量系统的功耗。
[0122] 在一种实施方式中，控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电，包括：控制及信号处理模块定时控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块周期性上电。
[0123] 在上述实施方式中，使雷达射频信号处理模块周期性上电相对于一直为雷达射频信号处理模块上电，能够更加节省雷达物位测量系统的功耗。
[0124] 在一种实施方式中，所述控制及信号处理模块包括：主控芯片和数字信号处理DSP芯片；
[0125] 所述控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电，包括：DSP芯片控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电；
[0126] 所述控制及信号处理模块接收到雷达数字信号后，控制开关模块断开使雷达射频信号处理模块断电，包括：DSP芯片接收到雷达数字信号后，控制开关模块断开使雷达射频信号处理模块断电；
[0127] 所述控制及信号处理模块对所述雷达数字信号进行处理得到测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，包括：DSP芯片对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至主控芯片；主控芯片接收到测量结果后，控制供电模块改变直流电源的输出电流。
[0128] 在一种实施方式中，所述方法还包括：
[0129] DSP芯片将测量结果发送至主控芯片后，进入休眠模式或低功耗模式；
[0130] 在一种实施方式中，所述方法还包括：
[0131] DSP芯片在接收到主控芯片的唤醒信号后退出休眠模式或低功耗模式；
[0132] 所述控制及信号处理模块控制开关模块导通使雷达射频信号处理模块上电，包括：
[0133] DSP芯片在退出休眠模式或低功耗模式后，控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；
[0134] 在一种实施方式中，所述方法还包括：
[0135] 所述主控芯片定时向所述DSP芯片发送唤醒信号。
[0136] 下面通过示例进一步说明本申请的雷达物位测量系统及其供电方法。
[0137] 示例1
[0138] 本示例提供一种雷达物位测量系统。所述雷达物位测量系统采用两线制设计，其电源线与信号线复用，信号电流值的范围为4mA～20mA。
[0139] 如图7所示，本示例的雷达物位测量系统包括：供电模块1和负载电路2；其中，负载电路2包括：开关模块20，雷达射频信号处理模块30，控制及信号处理模块40。
[0140] 所述供电模块包括：电流控制单元101，储能单元102，电流泄放单元103和降压单元104，储能单元包括储能元件。电流控制单元的输入端连接直流电源，输出端连接储能单元，用于在控制及信号处理模块的控制下改变直流电源的输出电流；储能单元的输入端连接电流控制单元，输出端连接降压单元，用于通过储能元件储存直流电源的电能；电流泄放单元连接储能单元，用于当储能元件两端的电压超过阈值时进行电流泄放；降压单元的输入端连接储能单元，输出端连接负载电路，用于将储能单元输出的电压降低为多路电源电压，输出至负载电路。
[0141] 所述控制及信号处理模块包括：主控芯片401和数字信号处理DSP芯片402。所述主控芯片，用于接收所述DSP芯片发送的测量结果，控制供电模块改变直流电源的输出电流，所述输出电流的大小表示所述测量结果的数值。所述DSP芯片，用于控制开关模块导通使所述雷达射频信号处理模块上电；在接收完毕雷达射频信号处理模块发送的雷达数字信号后，控制开关模块断开使所述雷达射频信号处理模块断电；对所述雷达数字信号进行数据处理得到测量结果，将所述测量结果发送至所述主控芯片；
[0142] 所述雷达射频信号处理模块，用于发射并接收雷达射频信号，将接收到的雷达射频信号转换为雷达数字信号输出至DSP芯片。
[0143] 如图8所示，雷达射频信号处理模块可以采用单个雷达传感器芯片实现。一般通用的雷达传感器芯片，芯片上通常会集成雷达数字信号处理功能，对雷达数字信号进行FFT运算等数据处理。图8中的雷达硬件加速器用于进行雷达数字信号处理。为了节省雷达传感器芯片的功耗，本示例不使用芯片内置的雷达硬件加速器。
[0144] 主控芯片定时时间到，向DSP芯片发送唤醒信号，DSP芯片接收到所述唤醒信号后，退出休眠模式，然后控制开关模块导通，雷达传感器芯片上电，雷达主处理器控制雷达射频信号处理器工作，雷达射频信号处理器驱动斜坡发生器工作，斜坡发生器控制压控振荡器(VCO)产生射频信号(比如20GHz)，所述射频信号(比如20GHz)通过倍频器(比如4倍频)倍频为高频信号(比如80GHz)，经过功率放大器放大所述高频信号(比如80GHz)，然后通过天线发射所述高频信号(比如80GHz)。所述发射信号的回波信号被天线接收，接收信号经过低噪放大器、混频器得到中频信号，所述中频信号经过模数转换器(ADC)转换成雷达数字信号，所述雷达数字信号通过雷达射频信号处理器发送至雷达主处理器。雷达主处理器接收到雷达数字信号后，不调用芯片内置的雷达硬件加速器，而是将所述雷达数字信号发送至DSP芯片。DSP芯片接收完毕所述雷达数字信号后，控制开关模块断开，雷达传感器芯片断电。在雷达传感器芯片断电期间，DSP芯片对雷达数字信号进行处理(比如，快速傅里叶变换FFT运算，取对数运算)，处理后得到测量结果发送给主控芯片。DSP芯片在将所述测量结果发送至所述主控芯片后，进入休眠模式，从而降低功耗。
[0145] 主控芯片接收到DSP芯片发送的测量结果后，将所述测量结果换算为控制电压V0，主控芯片内置数模转换器DAC100，通过DAC100的输出电压V0控制直流电源的输出电流，使得两线制信号传输线上传输的电流值的大小与测量结果相对应。
[0146] 如图4-a所示，所述电流控制单元包括：第一运算放大器U1，第二运算放大器U2，电阻R1，R2，R3，R4，R5，开关管Q1和Q2；所述第一运算放大器U1的反相输入端分别连接电阻R2的第一端和开关管Q1的第一端，电阻R2的第二端连接所述直流电源的正极，所述直流电源的负极接地；所述第一运算放大器U1的同相输入端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端分别连接电阻R1的第二端和开关管Q2的第一端；电阻R1的第一端连接所述直流电源的正极；所述第一运算放大器U1的输出端连接开关管Q1的第二端；所述第二运算放大器U2的同相输入端连接DAC100的输出端；所述第二运算放大器U2的反相输入端连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端分别连接开关管Q1的第三端和电阻R5的第一端；电阻R5的第二端接地；所述第二运算放大器U2的输出端连接开关管Q2的第二端；所述开关管Q2的第三端作为所述电流控制单元101的输出端。
[0147] 如图4-b所示，所述电流泄放单元包括：运算放大器U3，三极管J1，电阻R6，R7，R8，R9，和稳压管Z1；所述运算放大器U3的反相端连接电阻R6的第一端和电阻R7的第一端，所述电阻R6的第二端连接电容C1的第一端，所述电容C1的第二端接地，所述电阻R7的第二端接地；所述电容C1是储能元件；所述运算放大器U3的同相端连接参考电压Vref；所述运算放大器U3的输出端连接晶体管J1的基极，所述晶体管J1的集电极连接电阻R9的第一端，所述电阻R9的第二端连接电容C1的第一端；所述晶体管J1的发射极接地。
[0148] 上述示例中的雷达物位测量系统，通过间歇为雷达传感器芯片上电，能够节省雷达传感器芯片的功耗，从而使得两线制雷达物位测量系统的功耗满足工业现场的安全、防爆要求。DSP芯片控制雷达传感器芯片周期性上电，DSP芯片在接收到雷达传感器芯片输出的雷达数字信号后，第一时间控制雷达传感器芯片断电，最大限度缩短了雷达传感器芯片的上电时间，进一步降低了整个雷达物位测量系统的功耗。由DSP芯片承担雷达数字信号处理功能，可以通过使DSP芯片在不处理雷达数字信号时进入休眠状态，从而进一步降低整个物位测量系统的功耗。
[0149] 需要说明的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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