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多普勒效应制成的多种自动电子开关

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    描述了多种利用多普勒技术制作的感应开关

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    一种雷达电子节能灯座 雷达电子节能灯座是利用多普勒效应制成的一种自动电子开关。本文电路是采用普通的电子元件,利用定型天线的高频分布电容、电感参数和线路板上设计的分布电容、电感完成的一种自动控制电子开关,因为灯口与开关一体化,故称为灯座。     工作原理 如图所示,图中220V的电网电压经C4降压,D2、D1半波整流、C1滤波以后,再经过R6和V1、DW1、R1、C5组成的并联稳压电路稳压,为整个电路提供工作电压。V2及其周围元件组成微波振荡电路,电波通过圆环天线发射出去,同时圆环天线也是反射电磁波的接收天线,R20是V2差频信号的负载电阻,它与R5共同建立该级的工作点。V3射极输出器起到阻抗变换作用,减小后级对微波振荡级增益的影响。     本电路用一块LM324完成对前级信号的放大、比较、光控、延时功能,IC1D组成一个低通放大电路,滤掉50Hz干扰信号。IC1D的输入端电位通过电阻R14、R13的分压提供,其阻值相等,分压值是电源电压的一半。输出端{14}脚的输出电压在二分之一电源电压上随输入端电压的变化上下变化。IC1A、R15、R17、C7组成一个悬浮式的比较器,输入端的电位由IC1D的{14}脚电压所决定,R15和R17的分压加在IC1A的②、③脚之间。静态时,②脚电压高于③脚电压,输出端①脚输出低电平。前级输出交变信号时,②脚通过C7等于交流接地,交流信号加到②、③脚之间,经过比较之后,①脚输出方波信号。     IC1C、D3、R10、C6组成延时电路,灯泡非点亮状态下,⑦脚输出高电平,D3截止,⑨脚通过R10的作用,将⑨脚拉成高电平,IC1C的同相输入端通过R12、R8的分压,R8的阻值是R12的两倍,该电压是电源电压的三分之二,因反向输入端的电压高于同相输入端的电压,⑧脚输出低电平,可控硅无触发电压而截止,灯泡不发光。如果⑦脚电位突然变低,D3导通,C6迅速充电,⑨脚因⑦脚电平下拉成低电平,⑨脚电压低于⑩脚电压,⑧脚输出高电压,可控硅被触发导通,灯泡点亮,此图中可控硅采用了单向可控硅,点亮的灯泡中通过半波电流,虽发光不足,但是节省电能,大大延长了灯泡的使用寿命。当⑦脚电压恢复高电位后,⑨脚的电压在C6的作用下保持低电平,C6通过R10放电,⑨脚电压升高,当⑨脚的电压超过⑩脚的电压时,⑧脚的电平反转变成低电平,可控硅失去触发电压,在灯泡电流过零时关断,灯泡熄灭。C6的上述放电时间,就是雷达电子节能灯座点亮延时的时间。     R16、D4、IC1B和光敏二极管D5组成光控电路,在灯泡熄灭的状态下,⑧脚为低电平。①脚输出的方波信号加到⑥脚上的电压值由R16和D5光阻值的分压来决定,在暗环境下,D5的阻值大,D5对正脉冲的分压就大,当分压值大于IC1的⑤脚电压时,可以使输出脚⑦反转,灯泡点亮。否则在环境亮度较大的情况下,①脚输出的正脉冲信号电压在⑥脚上的分压不足以超过⑤脚的电压,输出脚⑦不能反转,电灯不能点亮。这就是天黑工作,天亮不工作的自动光控过程。利用D4的单向导通原理,控制灯泡在点亮后⑧脚高电压无法加到⑥脚上,从而电路具有延时关断的单稳态的功能。     电阻R7是一个微弱的隔级正反馈电阻,使得一旦⑧脚变成高电平后,⑧脚的高电压使得IC1D的同相输入端电压升高,引起紒紟矠脚电压升高,①脚电压升高,⑦脚电压变低,加大⑦脚的负脉冲宽度,使C6有足够的充电时间,从而保证了灯泡点亮延时关断的一致性。     利用该产品与本报曾刊登的《雷达照明报警两用器》介绍的电路配合,可实现照明报警两种功能。                                                           徐福成 刘克智 赵丽华  上一页 下一页 RD627多普勒效应传感器的应用 RD627是利用超声波多普勒效应而制成的一种传感器件,能将物体移动的位移信号转换成相应的电信号。该器件可广泛用于各种自动灯具、自动门及防盗报警器等。     功能简介  RD627采用单列7脚直插式塑料封装,图1是它的内部方框图,由振荡器、发射器、检测器、多普勒信号放大器、限幅器及稳压电源电路等部分组成。振荡器产生的微波信号经发射器由①、②脚送至外接天线发射到空间,产生一个立体空间微波防护区,当人或其他物体在该防护区移动时,反射回来的微波信号与原信号之间将产生频移,微弱的频移信号通过检测器处理后,获得的多普勒信号再经放大,在第⑥脚即可得到与移动目标响应的电信号。     电参数  RD627型多普勒效应传感器典型使用电源电压为12V;有效发射面积大于100m2;静态时第⑥脚输出电压为6V;在有效发射区内,当有目标移动时第⑥脚动态输出电压变化不小于±50mV,移动目标离天线愈近,输出电压变化幅度愈大,可高至±5V以上。     典型应用电路  RD627的典型应用电路见图2,这是一个微波防盗报警器。当有人在网内走动时,从⑥脚输出超低频信号经A2缓冲送到由A3、A4组成的比较器进行鉴别。如果信号电压在两指定的比较电压中间,则A3、A4均无电压输出。当信号高于A3的②脚电平或低于A4的③脚电平时,A3或A4输出高电平,经VD1或VD2隔离、R6限流触发可控硅导通,报警喇叭得电报警。SB为解警按钮。RP用来调节电压比较器的阈值电平,亦即调整了报警器的警戒范围。     微波发射天线用∮3mm的金属丝弯成∮120mm~150mm的圆环状即可。A2~A4可用Μa741或F006高增益集成运算放大器。                                                 上一页 下一页 微波的多普勒效应人体感应自动开关 微波自动开关是根据微波的多普勒效应来进行控制的,它能够监测物体移动,并把移动转换为电信号从而控制灯泡的亮灭或电器的启闭。下图是无限电子制作网9月30日上传的成品感应电灯电路图,也就是本网页最下面的实物图的电路,有四根引线,两根红的接220V电源,另两根接电灯。       工作原理如下:天线圈 、Q1、C2等组成微波振荡电路,由天线线圈向空间辐射,在其周围产生一个半径约10m的微波磁场。如有人或金属物体在微波场内移动,将引起微波振荡器的频率微变,在电路中体现为天线端(R1的下端)电压的变化,C1将这一变化耦合到运放U1进行放大,运放U1的输出经C5在R9上形成较高变化电压,该电压的高低与物体的距离和移动的速度有关,通常在0-3V之间;运放U2接成比较器,参考电压在12V时为0.1V,当R9上的电压高于0.1V时,U2输出高电平经,过比较器U3比较输出低电平,D3导通、C6瞬间充电使比较器U4的6脚电压低于5脚,比较器7脚输出高电平,可控硅SCR导通,外接电灯点亮。如果此后微波场内不再有物体移动,C6上的电压经R14缓慢放电形成延时,当6脚电位高于5脚延时结束,AB输出低电平等待下次触发。Q2、R13、C7的加入可以在电路延时结束后的一段时间内(约5秒),C7充电,Q2导通,比较器U3的反相输入端9脚强行下拉为低电平,并保持低电平,D3反向截止,从而使电路可靠反转关断。光敏电阻R15经D4接至U4输出端,在输出高电平时,再强的光线照到R15上时,由于D4反偏,都不会使U3的9脚降为低电平,造成因光亮而误动作。   上图为照明电路,如做报警电路,则可与电路B组合,只要有人在监测范围内移动将触发报警,高响度喇叭发出强力警报,吓跑歹徒。图B电路一定要是双管组合,这样才能带动电流较大的高响度喇叭电路HY,将前图中的R16用SCR去掉,LM324的7脚接到图B中的相应处。图B中的R19应改为680欧,此电源也不能共用上图的电源了,而要另用变压器降压电源或另配直流电源。该喇叭是专用报警喇叭,一般用四声集成块做成的,接上电源就能发出高dB响声 无线电领域中的多普勒效应及多普勒频移  “多普勒效应”是由奥地利物理学家Chrjstian.Doppler首先发现并加以研究而得名的,其内容为:由于波源和接收者之间存在着相互运动而造成接收者接收到的频率与波源发出的频率之间发生变化,其具体表现为:如果一列火车鸣叫着由远而近驶过你身边时,你所听到的汽笛鸣叫声会越来越尖锐,而当火车继续鸣叫着离你远去时,你所听到的汽笛声会越来越低沉,值得注意的是,作为声源的火车汽笛声波频率并没有因为运动而发生改变,发生变化的是你的耳朵所接收到的声波频率,假如火车和你之间相对运动速度为0时,你就不会有这种声调变化的感觉了。   在无线电领域里也同样存在着“多普勒效应”,假设一部发射机与一部接收机之间存在着相对运动,根据“多普勒效应”原理,接收机接收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值。   设发射机发出的信号频率为(f发),接收机接收到的信号频率为(f收),发射机与接收机之间的相对运动速度为V,则有如下公式:f收=c±v/λ=f发±v/λ=f发±f移;其中C为电磁波在自由空间的传播速度:3×10(的8次方)米/秒,(f移)即为多普勒频移,(f移)的大小取决于信号波长λ及相对运动速度V,由f移=v/λ得出:当接收机与发射机之间以每秒一个波长的速度作相对运动时,所产生的多普勒频移即为1Hz。 红外主导双鉴探测器  热释电红外探测器及微波探测器是用于防盗、保安报警系统最常用的两类器件。   热释电探测器是将人体辐射出的波长7~14μm、中心波长9~10μm的红外线检测出来,并产生微弱的低频信号。它的优点是能区分生物体和非生物体,缺点是易受冷热气流的影响,误报率较高。微波探测器是由振荡电路产生并发射频率为700MHz~1GHz、其辐射面积约在50~80m2且无方向性的电磁波。当有人在该范围内活动时,根据多普勒效应,人体反射波将被探测器接收,处理后输出一个与人体运动速度有关的低频信号。微波探测器的优点是无方向性、无死角,缺点是易受电磁波干扰,误报率极高。   曾用以上两种探测器分别制作了家用防盗报警系统,效果不太理想。后来将热释电器和微波探测器简单的结合,制作成双鉴式探测器。它最大的优点是微波探测器静态时处于“睡眠”状态,只有热释电探测器测到红外能量发生变化时,微波探测器才被“唤醒”并投入工作。如果微波探测器在“唤醒”后的特定时间内也探测到物体的位移,电路将发出报警信号。经长期试用灵敏度高,误报率极低。   图中上部为热释电电路,下部为微波电路。静态时A2输出端被VT2接地,A4无输出,电路处于“睡眠”状态。当热释电探头P228接收到人体红外波后,经专用集成电路SS0001内部处理后由2脚输出一个高电平,一路送入“与门”输入端,一路至微波电路VT3的基极,“唤醒”微波电路,并投入工作。如果微波探测器在特定时间内由SS0001外接阻容元件(R×、C×设定)也探测到人体位移,A4输出高电平至“与门”输入端,由于“与门”输入端都为高电平,“与门”输出亦为高电平,作用于后级报警电路实行报警(后级报警电路可按要求设计)。   由于两者探测方式不同,在特定时间内同时受到干扰而引起误报的机率是很小的。   制作时,热释电器、微波探测器可选用成品改制,也可按图中所标元件值自制。 雷达防盗/照明两用器  本文介绍一种适用于农村庭院的雷达防盗、照明两用器。   该“两用器”分为室外的照明、警情探测部分和室内控制报警部分。室外部分是一个雷达电子节能灯座,安装在大门口经常有人走动的地方或需要报警监测的地方,室内部分接一个拉线开关,同时接入220电源。白天“两用器”不工作,天黑以后,当室外雷达电子节能灯的监测范围内有人走动时,照明灯点亮,人走后延时30秒后自动关断。   在夜深休息之前,拉一下拉线开关,“两用器”进入报警状态,此后再有人进入雷达监测范围内,室内控制部分发出“嘀—滴—滴……”报警声。   “两用器”既是一个“人来灯亮,人走灯灭”节能、方便的照明灯具,又是一个控制方便、完全监控的报警系统。因为在报警状态下,连接雷达电子节能灯的线路还具有漏电和断路报警功能,盗贼无法通过破坏报警器线路来达到作案的目的。   如果天黑以后就打开“两用器”报警功能,在室内还可以用作来人提醒器。人在室内看电视,电视声音再大,有人进入院内也早已知晓。   工作原理 雷达照明两用器的探头是一个雷达电子节能灯座,是根据多普勒效应原理探测一定范围内移动的物体,不同的是经过对电路进线特殊的低通信号处理,提高了抗干扰能力。雷达报警照明两用器的控制报警电路如图所示。电路分为三部分,控制器的电源电路、探头工作状态的检测电路和控制与报警电路。   电源电路采用电容降压半波整流稳压,由C5、C4、R9、D7、DW1组成。   探头状态检测电路由IC1、D1~D6、R1~R4及R6所组成,CZ1是220电源输入端,CZ2连接雷达电子节能灯座。此处需要提及的是雷达电子节能灯座内部电源也是采用了电容降压电路,在非工作状态下,虽然本身有功功率消耗很小,但是在供电线路上有一个容性无功电流,该电流虽比正常的灯泡工作电流小得多,但是能被检测电路检测出来。利用上述不同的电流状态,用光电耦合器IC1进行检测。白天雷达灯座处于非工作状态,容性电流的正半周(设自右向左为正)的通路原则上有R3、IC1A和二极管D1~D3两条通路,正向电流首先要通过光电耦合器IC1A,光电耦合器的输入端有电流通过,输出端饱和,B点为低电平。电流的负半周的通路有IC1B和D4~D6、以及电阻R6,R6的阻值很小,D4的正向导通电压07V,远小于光电耦合器输入端的导通电压,所以负半周的电流通路是D4、R6,而IC1B的输入端无电流通过,其输出端截止,A点输出高电平。   A点的高电平使IC2的3脚输出低电平,即IC2的{12}脚低电平,连同B点的低电平使IC2D的输入端全部为低电平,输出脚{11}为高电平,通过D8的钳位,IC2B的输入端为高电平。IC2B和IC2C组成一个低频方波振荡器,当10脚输出低电平时,V1饱和,蜂鸣器Y1得电发出声音,10脚输出高电平,V1截止,蜂鸣器不发声。正常情况下IC2B的输入端高电平,10脚高电平,蜂鸣器不发声。当IC2的{11}脚输出低电平时,{11}脚对IC2B输入端的钳位作用消失,低频振荡器开始振荡,直到IC2的{11}脚再次对IC2B输入端钳位,报警声停止。   天黑以后,若有人出现在雷达探测范围内,雷达电子节能灯座的灯泡点亮,灯座线路上的供电电流增大,增大的正半周电流仍然使IC1A的输出端保持低电平,但是增大的负半周电流在R6上的压降增大,当D4和R6两端的电压超过光电耦合器输入端的电压以后,IC1B输入端有电流通过,其输出端由原来的截止变成饱和,A点变成低电平。A点电平的变化,使IC2的{12}脚变成高电平,根据“或”门关系知{11}脚由高电平变成低电平,D8的钳位作用消失,低频方波振荡器振荡,蜂鸣器发出“嘀—滴……”声。   该控制器的另一特点是:线路断路报警。   电路中在输入端和输出端的两个1脚之间接一个拉线开关(图中未实际连接)。开关闭合,其电流不再通过电流检测电路,报警器不再报警。在需要设置报警的时候,拉开开关,报警控制器进入检测状态。该报警控制器非常适用于农村的庭院。安装时位置略高一些,开关用拉线开关。内部有电网电压,不要带电开盒操作。  大功率防盗电子狗 本电子狗的吠声大、威慑力强,适合厂矿、商店、仓库防盗吓退窃贼,也可用于家庭。   电路如下图所示。图中9251型雷达探测头是达华电子厂产品,该探测头采用了功能比较完善的雷达控制芯片,具有探测距离远、灵敏度高的优点。KD-5608是浙江晶龙电子有限公司的产品,是近几年常用的模拟狗叫声语音集成块。TDA2003是音频功率放大集成块。B1是12V、5W变压器,B2是12V、20W变压器。平时本电路由B1供电监控盗情,当窃贼进入防盗禁区(7米以内)时,9251雷达探测头便动作,继电器J吸合,接点J1与J2接通,J2接通B2的电源,电子狗立即发出狂吠声。如果市电断电,本装置则由蓄电池E供电,遇有盗情,仍会狂吠不已。调整R1、C1可使狗叫声逼真。插座CZ用于接其它报警执行器件,以利人们捕捉窃贼。  吉林 曹焕烁    实验点评:本电路易于制作,只要接线正确则无需调试,特别适合初学者。但是该电路原理图中有诸多不妥之处,主要有B1与B2的供电情况基本相同,由于9251、继电器、蓄电池及周边元件耗电较少,故仅用一只12V 20VA左右的变压器已足能胜任。D1、D2、D8、D7的安排不太合理,因此可作适当调整。J最好选灵敏度高的单触头继电器,取代原图复杂的控制方式。需要指出的是原图在J2控制发声部分时,控制220V高压部分,其实若控制低压供电部分不仅完全能达到要求,而且对电路的冲击更小,更加安全。四川工业学院电气协会  上一页 下一页 简易的雷达扫描防盗系统 本装置具有体积小、重量轻、安装简便、无线遥控、防范面积大、感应距离随意可调、可靠性高等优点,且探测(扫描)与防盗系统电路互不相干。因此,也可按照需要改变防盗电路,把它用于迎宾、安全提示等实际生活中。     工作原理     扫描电路如图1所示,它主要由雷达扫描、识别放大和指令执行三大部件组成。防盗电路如图2所示。扫描电路关键元器件IC1采用了雷达探测模块TWH9428,它利用微波振荡向周围发射高频电磁波(约1000MHz)。当雷达扫描在有效范围内收到活动目标时,空间的磁场将发生变化。此时微波信号立即反馈给TWH9428进行准确的检测。由于TWH9428检测后的输出电压还不足以推动终端负载工作,所以电路中又采用了IC2 TWH9429作进一步放大处理。为使指令执行电路有足够的电平变化,用一只高增益的晶体三极管进行功率放大,以驱动继电器J通电吸合,其触点去控制报警电路(见图2)。继电器一旦闭合,其触点j1闭合,防盗电路便处于工作状态,语音集成块IC3 HL-169A便会立即振荡工作,其{4}脚输出的音频信号经三极管放大,推动扬声器发出“抓贼啊”的连续报警声,直至活动目标离开扫描区域。     调试与使用     (1)本装置的天线T可用鞭状线或开口圆环线。(2)鞭状天线可用∮1.5~2mm铜线,长度为150~300mm。配用的电感可用∮0.6mm左右高强度漆包线在∮5mm磁棒上绕5~7圈。(3)开口圆环天线可用∮0.2mm铜线,长度为120~150mm。用圆环天线时可去掉电感线圈。(4)探测范围:调节RP,可使半径距离接近10米。(5)调节振荡电阻R4,可根据需要改变语音的快慢。(6)为使电路工作稳定可靠,应采用稳定电压。                                                                    湖北  葛裘龙 上一页 下一页 红外线光控开关  一、特点     该装置采用锁相环单音检测电路LM567构成自发射自接收的闭环控制形式。就是说,把LM567产生的方波电信号调制在红外线光信号上并发射出去,红外线光敏二极管接收该信号,并把其变为电信号,经放大,又被该LM567自身检测。这样,LM567自身的振荡频率与要接收的信号频率永远相同,即使由于某种原因使LM567的振荡频率发生了变化。在一定的频带宽度内,由于LM567只对与自身振荡频率非常接近的信号产生响应,而对其他频率的干扰信号不响应,所以,该装置具有可靠性高、抗干扰性强、安装调试简单的特点。该装置可应用于自动门、自动水龙头、防盗报警、危险区域误入报警、警戒区域侵入报警等控制。     二、工作原理     电路原理图见图1。红外线光敏二极管PH检测到由红外线发射二极管LE发出的红外线光信号,并将其转换成电信号。该信号经由IC1A构成有源高通滤波器,滤除外界低频干扰信号;再经IC1B、IC1C两级固定增益放大器的放大、以及IC1D可调增益限幅放大器的放大,进入锁相环单音检测电路IC2的第③脚。IC2检测到与自身振荡频率相同的信号后,其第⑧脚输出低电平,使继电器DL吸合,触点S1、S2接通,控制其他设备。IC2第⑧脚的最大吸入电流为100mA。     IC2第⑤脚输出的方波信号,经C8、R16组成的微分电路和N1、N2驱动电路,使红外线发射二极管发出该频率调制的红外线光信号。微分电路使正方波信号变为低占空比的方波信号。用低占空比方波调制红外线发射管,可提高红外线发射管的工作效率,即其峰值电流很大,而平均工作电流却很小。这样,有利于红外线光敏二极管的接收。     电阻R12、R13和电解电容E3是集成电路IC1的中点电位偏置电路,使IC1工作于单电源方式。     该装置有两种工作方式。     一种是:红外线发射二极管和红外线光敏二极管都在同一侧,构成反射检测方式,见图2。     另一种是:红外线发射二极管在一侧,而红外线光敏二极管在另一侧,构成对射式检测方式,见图3。     一般情况下,反射式控制距离可达两米,对射式控制距离可达五米。控制距离的远近可由调节电位器W来控制,W的阻值越大,IC1D放大器的增益越大,控制距离越远。反之,控制距离越近。如果给红外线发射二极管或光敏二极管一方加上光学透镜,可增加控制距离;给双方都加上光学透镜,更可增加控制距离。红外线发射二极管的外面要套上长度为50mm左右的金属管,以防止其散射光干扰红外接收管。     电解电容E5的容量越大,抗干扰性越好,但响应的时间也越长,一般E5的选取范围是10μF~100μF。     由于该装置工作在闭环状态,所以对IC2工作频率的稳定度要求不严格,并且可在很宽的范围内设定频率值,范围可达5kHz~40kHz,频率由电阻R11调节。IC2振荡频率计算公式如下:     f=1.1/R·C     单位:f(kHz)、R(kΩ)、C(μF)。     图1中,R11即为公式中的R,C7即为公式中的C。                                    天津  刘玄   采用TX982的微波探测延时照明灯 作者:dianzi9 来源:电子技术交流网 字体:大 中 小 在百度搜索相关内容 编辑导读:将32位RISC处理器置入FPGA的设计经验|纳米IC设计面临多方挑战,顶级EDA用户抛出“四维”新说|应用形式验证方法的改良流程|基于FCHIP2指纹芯片的应用方案|基于积累型MOS变容管的射频压控振荡器设计(图)|IAR 发布支持Freescale ColdFire架构开发工具|Cadence联合业界共组研发联盟,跨越低功耗IC设计技术障碍|相位噪声和抖动的概念及其估算方法|短程无线设备协议设计的综合考虑|采用可伸缩多项式延时模型库改善时序建模精度| 正文:       本例介绍采用微波雷达探测模块TX982作为探测器件的微波探测延时照明灯,其最大特点是电路工作状态不受自身灯光的干扰,因此安装比较简便。它适用于卫生间、储藏室、梳妆台等处,可做到人来灯亮,人离灯灭。   工作原理   采用TX982微波雷达模块制作的延时照明灯的电路原理图如图7一9所示,它由雷达探测模块IC1、数字电路IC2、光控电路、晶闸管开关及电源等部分电路组成。           雷达探测模块IC1它自身带有微型环状发射与接收天线,其基本工作原理是模块产生的微波信号由自带的环状天线向空间发射,产生一个立体空间微波防范区,当人或其他物体在该防范区内移动时,环状天线将接收到人与移动物体反射回来的微波信号,‘根据多普勒效应,此回波信号与原发射的微波 摘要:提出一种基于DDS和FPGA技术的高动态扩频仿真信号源的实现方案。采用了DDS技术的芯片AD9854和AD9850,能够模拟多普勒频移,实现高动态环境仿真。载波中心频率变化范围达到100kHz,变化率1.8kHz/s。 扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)作为一种新型的通信体系,具有抗干扰能力强、截获率低、码分多址、信号隐蔽、保密、易于测距等优点,是通信领域的一个重要发展方向。正是由于这些优点,扩展通信在军事上受到了极大的重视。为配合高动态扩频接收机的研究,迫切需要一台能够精确模拟高机动目标环境条件下的扩频信号的信号源。本文提出的基于DDS(Direct Digital Synthesis)和FPGA技术的高动态扩展仿真信号源不但能够模拟扩频信号,而且由于采用了使用DDS技术的频率合成器AD9854,能够实现高速的频率跳变,因此该信号源就能够比较精确地模拟多普勒效应,实现高动态仿真。 可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)及其应用是20世纪70年代诞生的一门新兴技术,PLD具有集成度高、可靠性强、可重复编程等特点。PLD器件包括PROM、GAL、EPLD、ispLSI和FPGA,其中FPGA编程灵活,它的I/O引脚多达几百条,一片FPGA就可以实现逻辑功能十分复杂的逻辑部件或者一个小型数字系统。本文介绍的系统选用ALTERA公司的FLEX10K系列器件,主要完成的最数据和扩频调制。 1 高动态扩频仿真信号源的原理简介 原理如图1所示,该信号源从原理上主要分为扩频调制和载波调制两部分,而单片机则起到核心控制的作用。单片机AT89C52一共连接了四个外设:可编程I/O接口芯片8152、液晶显示模块MGLS-19264、时钟发生器AD9850和频率合成器AD9854。 (1)扩展调制。扩频调制主要由可编程逻辑器件 FPGA来完成。五组PCM码和八组PN码分别存在两块EPROM中,液晶显示屏提供给用户一个友好的界面,提示用户输入各种参数。单片机依照用户从键盘输入的组别产生地址;FPGA根据单片机提供的地址,按照AD9850产生的时钟,从EPROM中提取数据,并在FPGA内部完成扩频调制,然后送出数据,进行载波调制。 扩频调制采用直接序列扩频调制(DS),输出的信号波形为: AD9850使用了先进的直接数字频率合成技术(DDS),是高速度、高性能的完全数字化的可编程频率合成器和时钟发生器。此处AD9850产生了一个5.23264MHz的时钟信号。 (2)载波调制。载波调制采用二进制相移键控(BPSK)。一般的BPSK信号的表达式为: 直序扩频的BPSK信号可表示为: 载波调制选用可编程频率合成器AD9854。AD9854是采用DDS技术、高度集成化的器件。配合内部两个高速、高性能的正交数据转换器和一个比较器来完成数字可编程的I、Q两路频率合成功能。AD9854可以完成SINGIE-TONE、FSK、RANPED FSK、CHIRP、BPSK等调制功能。AD9854创新的高速DDS内核提供了48比特的频率分频率。AD9854的电路输出允许同时产生两路正交的高达150MHz的输出,并且输出的频率可以在数字的调整下以每秒100兆个新频率点的速度跳变。两个12比特的乘法器可以实现可编程的幅度调制,输出整形键控和精确的正交输出幅度控制。AD9854的可编程4~20倍参考时钟倍频器电路可以用较低频率的外部参考时钟而在内部产生一个高达300MHz的时钟。AD9854工作在并行工作方式下时,有8根数据线、6根地址线与单片机相连。AD9854的频率控制字FTW=Fout×2 48/CLKIN。 通过单片机不断地改变AD9854的频率转换字(FTW)来完成对多普勒效应的模拟。对输出幅度的控制也是通过单片机写AD9854内部寄存器来完成。 2 高动态仿真的原理和实现方案 多普勒效应是由于信号发射端与接收端之间的相对运动引起的。本文介绍的高动态扩频仿真信号源模拟的多普勒现象,属于动点对静止点之间的情况。 假设动点以速度V面向静止点运动,电磁波传播速度为C,发出的信号初始频率为F,则静止点接收的频率为:F'=F×C/(C/V);若动点以速度V背向静止点方向运动,则有:F'=F×C/(C+V)。设F'=F+Fd,则Fd=F'-F。对于前一种情况可得Fd1=[C/(C-V)]F;而对后一种情况Fd2=-[C/(C+V)]F。由于C>>V,所以Fd1=F×V/C,Fd2=-F×V/C。 设动点做匀变速运动,即V=at,则有Fd1=t×(F×a/C),Fd2=-t×(F×a/C),设K=F×a/C,于是Fd1=K×t,Fd2=-K×t,K为常数。由F'=F+Fd可知接收到的频率F'围绕中心频率F对时间t呈线性变化。 因此本信号源模拟的多普勒效应频率变化如图2所示(图中0、1、2、3表示一个周期的四种状态)。 在本文介绍的信号源中,载波频率围绕中心频率10.7MHz做线性变化,线性变化的范围Y和速率X由用户从键盘输入。软件实现的方法是利用单片机的定时中断,每500微秒计算一次频率,并转化为频率控制字,写入AD9854。为了提高精度,模拟连续变化,定时的时间越短越好。而单片机内部计算的效率很低,因此为了减少中断服务程序的计算量,可以在中断开始之间把一部分需要用到的参数先计算出来: 载波频率变化的步长:STEP=X×t=X×500μs 一个状态内的变化总次数:TOTAL COUNT=Y/STEP=Y/(X×t) 步长对应的频率转换字:SFTW=STEP×2 48/REFCLOCK 计算出上述三个参数之后,在中断服务子程序中只需设置一个计数器COUNT,根据所在的状态(如图2所示的0或1,2,3),用中心频率的频率转换字CENTER FTW加上或者减去SFTW×COUNT,再送至AD9854中即可。 当然,也可以将事先计算好的数据存储起来,再查表,减少中断响应时间,但是这样存储的数据量比较大;以X=2.0Hz/s,Y=40kHz,500μs中断一次为例,就至少要存储40M个数据。如果存储的数据过少,所模拟的变化就不够连续。因此,前述方案较好。 实际上,在载波变化的同时,伪码的频率也应该发生相应的变化,变化的方法也是用单片机定时改变AD9850的频率控制字,具体的软件技术同AD9854,此处不再多述。 3 高动态扩频仿真信号源的软件流程 信号源主程序的流程如图3所示。程序初始化包括对AD9850和AD9854的复位,设置AD9850和AD9854缺省值,设置数据和伪码的组别初值。液晶显示共有八个显示画面,第二屏至第七屏提示用户输入各个参数。需要设定的参数有:数据码组、伪码码组、帧码容错数、载波变化范围、载波变化率、伪码变化率、输出幅度衰减方式等。然后单片机同时工作在中断和查询方式。如果查询到'重新设定'的键被按下,就禁止中断,重新输入参数,再开中断模拟新的参数条件下的信号。 4 高动态扩频仿真信号源的性能指标 ·体制; PCM-CDMA-BPSK; ·PCM数据:码率10.26/5.12kbps可选,帧长32/16Byte可选,帧码容错由面板手动加; ·信道编码:维特比编码K=7,r=1/2; ·扩频调制:伪码率:5.23264MHz,伪码长255/511可选;伪码类型:GOLD码,内存八组PN码; ·BPSK调制:载波中心频率10.7MHz; ·动态特性:载波中心频率变化范围±100kHz,变化率≥±1.8kHz/s,伪码变化范围≥±300Hz。 DDS技术采用全数字结构,具有极高的频率分辨率,极短的频率转换时间,输出频率相对带宽很宽,具有程控灵活的优点,是传统的模拟信号产生技术所无可拟的。 前述的基于DDS和FPGA技术的高动态扩频仿真信号源设计原理正确,输出稳定,实用中效果很好。在扩频通信高速发展的今天,高动态扩频仿真信号源的应用前景必将非常广阔。 免费考研网www.freekaoyan.com 波在波源与观察者之间相互接近时,频率变高;而在波源与观察者之间相互远离时频率变低。这就是多普勒效应的结果。你站在马路边,关注身边飞驰而过的车辆引擎声,会发现这一效应~

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