CN107819481A - 一种用于微波通信中的微波信号收发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微波通信中的微波信号收发装置，包括控制系统和上位机，所述控制系统的双向端口通过控制线与上位机相连接，所述控制系统的输入端与接收电路模块相连接，所述控制系统的输出端通过控制线与发射电路模块相连接，所述发射电路模块的输出端连接有发射线圈，所述接收电路模块的输入端连接有接收线圈，所述上位机的接口端与系统控制PC端相连接，所述系统控制PC端的信号端通过无线通信装置与服务器相连接，所述服务器的数据端与数据库同步连接，利用电磁矢量收发装置实时检测目标的位置和姿态信息，并将检测结果传输到上位机，利用上位机处理信号求解得到定位信息并显示出来，最终实现人机交互功能。
Description
技术领域
本发明涉及微波信号收发装置技术领域，具体为一种用于微波通信中的微波信号收发装置。
背景技术
随着经济的发展以及科技的进步，人们对于微波信号在通信中的应用越来越多，但是在微波信号收发装置上，对于微波信号的收发信号干扰较多，存在一定的缺陷：
(1)目前现有的信号收发装置应用在定位方面不是太精确，且没法实现人机交互功能，不能根据需要随时修改参数，实用性不强；
(2)现有的收发装置对于信号的接收与发射稳定性不强，尚不具备完整的收发装置；
(3)现在已经研制出各种收发装置并形成各种电磁式定位收发产品，但是其售价都比较昂贵。而国内对电磁定位系统的研究起步比较晚，目前有的只有少数原理样机，还没有能够大量生产并使用的产品。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种用于微波通信中的微波信号收发装置，利用电磁矢量收发装置实时检测目标的位置和姿态信息，并将检测结果传输到上位机，利用上位机处理信号求解得到定位信息并显示出来，最终实现人机交互功能，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于微波通信中的微波信号收发装置，包括控制系统和上位机，所述控制系统的双向端口通过控制线与上位机相连接，所述控制系统的输入端与接收电路模块相连接，所述控制系统的输出端通过控制线与发射电路模块相连接，所述发射电路模块的输出端连接有发射线圈，所述接收电路模块的输入端连接有接收线圈，所述发射线圈与接收线圈之间进行信号通讯，所述控制系统包括嵌入式控制器，所述嵌入式控制器的信号端通过RJ45接口与以太网控制器相连接，所述嵌入式控制器的数据端还连接有数据存储器，且在嵌入式控制器的输入端还连接UART接口和外设接口，所述上位机的接口端与系统控制PC端相连接，所述系统控制PC端的内部设置有Labv iew控制模块，所述系统控制PC端的信号端通过无线通信装置与服务器相连接，所述服务器的数据端与数据库同步连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述发射电路模块包括过压保护电路、发射传感器和功率放大器，所述过压保护电路的输出端通过控制信号线与发射传感器相连接，所述过压保护电路的输入端分别接收三路功率放大器的放大信号，所述每个功率放大器的输入端均与幅值放大电路相连接，所述幅值放大电路的信号端接收来自信号发生器的正弦信号。
作为本发明一种优选的技术方案，所述发射传感器的反馈信号通过无线收发器与控制系统相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述接收电路模块包括接收传感器、电流检测电路和电压检测电路，所述接收传感器的输出端分别连接有电流检测电路和电压检测电路，所述电流检测电路和电压检测电路的输出端均通过控制线与多路选择信号相连接，所述多路选择信号的输出端有滤波放大电路相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述接收传感器的信号端与控制系统内部的嵌入式控制器相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述控制系统的信号端还连接有高频信号收发装置，所述高频信号收发装置包括频率合成器和前置放大器，所述频率合成器接收振荡源的频率信号，所述频率合成器的输出端通过前置放大器与功率放大电路相连接，所述功率放大电路的输出端与线路滤波电路相连接，所述线路滤波电路的输出高频信号。
作为本发明一种优选的技术方案，所述线路滤波电路的输出端通过控制线与滤波器相连接，所述滤波器的输出端通过高频解调器与输出接口模块相连接，所述滤波器输入端接收前置放大器的放大信号，所述高频解调器输入端接收来自频率合成器的合成信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明设置的信号发射电路和发射传感器通过对发射驱动信号进行滤波放大，然后利用驱动信号同时驱动三轴电磁传感器工作，向空中发射电磁波；信号接收电路与接收传感器：通过接收传感器接收电磁信号，并完成对接收电磁信号的放大、滤波；数据处理与控制部分：控制嵌入式等芯片产生驱动信号，并对接收传感器接收到的电磁信号进行数据采样及处理；对采样数据进行处理，利用定位算法公式求解得到相应的位置信息；
(2)本发明的信号收发装置由信号发生器产生三个幅值相同而频率不同的正弦信号，再将信号送入系统发射部分，信号发射部分主要是由外围硬件电路和发射传感器构成，发射电路主要由过压保护电路、幅值放大电路和功率放大电路组成，以正交的三轴线圈作为发射传感器，由放大处理后的正弦信号进行驱动，向空间发射电磁波。信号接收部分主要由接收传感器和接收电路组成，接收传感器接收周围环境中的电磁信号，并送入接收电路进行处理，其中接收电路主要由过压保护电路、多路选择电路和仪表放大电路构成，然后经过A/D转换将模拟信号转换成数字信号后送入数据处理部分，最后通过电磁定位算法，利用接收到的数据计算出目标物体的。
(3)本发明的信号接收传感器由正交的三轴线圈组成，三轴同时接收电磁场信号，每轴发射线圈对应三轴接收线圈，可以得到相应的九组数据，构成3×3的接收矩阵，接收矩阵中包含了目标的各种信息，可通过采用电磁定位算法从中提取出目标物体的位置姿态等信息。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的发射电路模块结构示意图；
图3为本发明的接收电路模块结构示意图；
图4为本发明的高频信号收发装置结构示意图；
图5为本发明的嵌入式控制器结构示意图。
图中：1-控制系统；2-高频信号收发装置；3-接收电路模块；4-发射电路模块；5-发射线圈；6-接收线圈；7-系统控制PC端；8-Labv i ew控制模块；9-无线通信装置；10-服务器；11-数据库；12-上位机；
100-嵌入式控制器；101-RJ45接口；102-以太网控制器；103-数据存储器；104-UART接口；105-外设接口；
200-频率合成器；201-前置放大器；202-功率放大电路；203-线路滤波电路；204-滤波器；205-高频解调器；206-输出接口模块；
300-接收传感器；301-电流检测电路；302-电压检测电路；303-多路选择信号；304-滤波放大电路；
400-过压保护电路；401-发射传感器；402-功率放大器；403-幅值放大电路；404-信号发生器；405-无线收发器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1和图5所示，本发明提供了一种用于微波通信中的微波信号收发装置，包括控制系统1和上位机12，所述控制系统1的双向端口通过控制线与上位机12相连接，所述控制系统1的输入端与接收电路模块3相连接，所述控制系统1的输出端通过控制线与发射电路模块4相连接，所述发射电路模块4的输出端连接有发射线圈5，所述接收电路模块3的输入端连接有接收线圈6，所述发射线圈5与接收线圈6之间进行信号通讯，所述控制系统1包括嵌入式控制器100，所述嵌入式控制器100主要用来控制实现外设接口模块和以太网连接模块，使得控制系统能够与上位机保持通信，所述嵌入式控制器100的信号端通过RJ45接口101与以太网控制器102相连接，所述嵌入式控制器100的数据端还连接有数据存储器103，且在嵌入式控制器100的输入端还连接UART接口104和外设接口105，所述上位机12的接口端与系统控制PC端7相连接，所述系统控制PC端7的内部设置有Labv i ew控制模块8，所述系统控制PC端7的信号端通过无线通信装置9与服务器10相连接，所述服务器10的数据端与数据库11同步连接，通过上位机实现人机交互功能，并且通过系统控制PC端7控制信号与服务器10相连接，并将信号同步到数据库11中，使得数据能够共享。
如图2所示，所述发射电路模块4包括过压保护电路400、发射传感器401和功率放大器402，所述过压保护电路400的输出端通过控制信号线与发射传感器401相连接，所述过压保护电路400的输入端分别接收三路功率放大器402的放大信号，所述每个功率放大器402的输入端均与幅值放大电路403相连接，所述幅值放大电路403的信号端接收来自信号发生器404的正弦信号；所述发射传感器401的反馈信号通过无线收发器405与控制系统1相连接，所述功率放大器402主要功能是驱动线圈工作，经测试采用系统的芯片满足驱动要求，所述发射电路模块4功能是使发射传感器能够产生足够大的磁场。
如图3所示，所述接收电路模块3包括接收传感器300、电流检测电路301和电压检测电路302，所述接收传感器300的输出端分别连接有电流检测电路301和电压检测电路302，所述电流检测电路301和电压检测电路302的输出端均通过控制线与多路选择信号303相连接，所述多路选择信号303的输出端有滤波放大电路304相连接，所述接收传感器300的信号端与控制系统1内部的嵌入式控制器100相连接，利用放大器芯片调节放大倍数，从而保证接收信号具有最大的感应电动势，所述接收电路模块3主要的作用是能够接收到发射端发射的磁场。
所述发射传感器401和接收传感器300均采用三轴正交的结构，所述发射传感器401在空中发射信号的强度决定着定位的范围，所述接收传感器300的信号接收信噪比也影响着定位的稳定性。且收发传感器便携性较好，并且接收传感器体积较小，方便测试目标在空间的移动。
如图4所示，所述控制系统1的信号端还连接有高频信号收发装置2，所述高频信号收发装置2包括频率合成器200和前置放大器201，所述频率合成器200接收振荡源的频率信号，所述频率合成器200的输出端通过前置放大器201与功率放大电路202相连接，所述功率放大电路202的输出端与线路滤波电路203相连接，所述线路滤波电路203的输出高频信号，所述线路滤波电路203的输出端通过控制线与滤波器204相连接，所述滤波器204的输出端通过高频解调器205与输出接口模块206相连接，所述滤波器204输入端接收前置放大器201的放大信号，所述高频解调器205输入端接收来自频率合成器200的合成信号，所述高频信号收发装置2主要是实现高低压的隔离以确保人身与设备安全，其二是实现阻抗匹配并防止输电线路上的高频电流外泄到母线，以减少传输衰耗。此外，高频通道还包括保护间隙、接地开关以及负责发送和接收高频信号的高频收发信机。
综上所述，本发明的主要特点在于：
(1)本发明设置的信号发射电路和发射传感器通过对发射驱动信号进行滤波放大，然后利用驱动信号同时驱动三轴电磁传感器工作，向空中发射电磁波；信号接收电路与接收传感器：通过接收传感器接收电磁信号，并完成对接收电磁信号的放大、滤波；数据处理与控制部分：控制嵌入式等芯片产生驱动信号，并对接收传感器接收到的电磁信号进行数据采样及处理；对采样数据进行处理，利用定位算法公式求解得到相应的位置信息；
(2)本发明的信号收发装置由信号发生器产生三个幅值相同而频率不同的正弦信号，再将信号送入系统发射部分，信号发射部分主要是由外围硬件电路和发射传感器构成，发射电路主要由过压保护电路、幅值放大电路和功率放大电路组成，以正交的三轴线圈作为发射传感器，由放大处理后的正弦信号进行驱动，向空间发射电磁波。信号接收部分主要由接收传感器和接收电路组成，接收传感器接收周围环境中的电磁信号，并送入接收电路进行处理，其中接收电路主要由过压保护电路、多路选择电路和仪表放大电路构成，然后经过A/D转换将模拟信号转换成数字信号后送入数据处理部分，最后通过电磁定位算法，利用接收到的数据计算出目标物体的。
(3)本发明的信号接收传感器由正交的三轴线圈组成，三轴同时接收电磁场信号，每轴发射线圈对应三轴接收线圈，可以得到相应的九组数据，构成3×3的接收矩阵，接收矩阵中包含了目标的各种信息，可通过采用电磁定位算法从中提取出目标物体的位置姿态等信息。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种用于微波通信中的微波信号收发装置，其特征在于：包括控制系统(1)和上位机(12)，所述控制系统(1)的双向端口通过控制线与上位机(12)相连接，所述控制系统(1)的输入端与接收电路模块(3)相连接，所述控制系统(1)的输出端通过控制线与发射电路模块(4)相连接，所述发射电路模块(4)的输出端连接有发射线圈(5)，所述接收电路模块(3)的输入端连接有接收线圈(6)，所述发射线圈(5)与接收线圈(6)之间进行信号通讯，所述控制系统(1)包括嵌入式控制器(100)，所述嵌入式控制器(100)的信号端通过RJ45接口(101)与以太网控制器(102)相连接，所述嵌入式控制器(100)的数据端还连接有数据存储器(103)，且在嵌入式控制器(100)的输入端还连接UART接口(104)和外设接口(105)，所述上位机(12)的接口端与系统控制PC端(7)相连接，所述系统控制PC端(7)的内部设置有Labv i ew控制模块(8)，所述系统控制PC端(7)的信号端通过无线通信装置(9)与服务器(10)相连接，所述服务器(10)的数据端与数据库(11)同步连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于微波通信中的微波信号收发装置，其特征在于：所述发射电路模块(4)包括过压保护电路(400)、发射传感器(401)和功率放大器(402)，所述过压保护电路(400)的输出端通过控制信号线与发射传感器(401)相连接，所述过压保护电路(400)的输入端分别接收三路功率放大器(402)的放大信号，所述每个功率放大器(402)的输入端均与幅值放大电路(403)相连接，所述幅值放大电路(403)的信号端接收来自信号发生器(404)的正弦信号。
3.根据权利要求2所述的一种用于微波通信中的微波信号收发装置，其特征在于：所述发射传感器(401)的反馈信号通过无线收发器(405)与控制系统(1)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于微波通信中的微波信号收发装置，其特征在于：所述接收电路模块(3)包括接收传感器(300)、电流检测电路(301)和电压检测电路(302)，所述接收传感器(300)的输出端分别连接有电流检测电路(301)和电压检测电路(302)，所述电流检测电路(301)和电压检测电路(302)的输出端均通过控制线与多路选择信号(303)相连接，所述多路选择信号(303)的输出端有滤波放大电路(304)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于微波通信中的微波信号收发装置，其特征在于：所述接收传感器(300)的信号端与控制系统(1)内部的嵌入式控制器(100)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于微波通信中的微波信号收发装置，其特征在于：所述控制系统(1)的信号端还连接有高频信号收发装置(2)，所述高频信号收发装置(2)包括频率合成器(200)和前置放大器(201)，所述频率合成器(200)接收振荡源的频率信号，所述频率合成器(200)的输出端通过前置放大器(201)与功率放大电路(202)相连接，所述功率放大电路(202)的输出端与线路滤波电路(203)相连接，所述线路滤波电路(203)的输出高频信号。
7.根据权利要求6所述的一种用于微波通信中的微波信号收发装置，其特征在于：所述线路滤波电路(203)的输出端通过控制线与滤波器(204)相连接，所述滤波器(204)的输出端通过高频解调器(205)与输出接口模块(206)相连接，所述滤波器(204)输入端接收前置放大器(201)的放大信号，所述高频解调器(205)输入端接收来自频率合成器(200)的合成信号。
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