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一篇论文,让我动手做了一块 60GHz毫米波雷达模块,成本仅是官方的零头

18小时前
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大伙在做智能家居时,应该见过“人体存在检测”模块。人走进房间,灯自动亮起;坐下来之后,也希望它能继续判断房间里有人。

这类需求中,雷达是一种常见方案。它发射电磁波,再接收物体反射回来的信号,通过回波的变化判断目标状态。以海凌科 LD2410 系列为例,模块集成了雷达芯片和检测算法,通过 GPIO、串口等接口提供检测结果,应用端可以直接用这些结果控制灯光或其它设备。

正常来说,大家入手的人体检测雷达模块都是已经添加了信号处理部分,直接告诉用户是否有人。

但是博主前段时间读到了一篇文章:

大体上讲的是根据毫米波被不同介质的吸收能力不同而利用反射波来测血糖。作为一名在读硕士,这种方案打开了一个新的思路。不仅仅将毫米波发射反射用作测距之用,还可以充分发挥毫米波的强穿透性和吸收性用于科研,尤其是这类能 “自己开发装置” + 神经网络的交叉学科尤为吃香。

这篇论文中使用的毫米波雷达是英飞凌的BGT60TR13C评估版,其中英飞凌官方提供了已经编程好的固件。

但是这块评估版的价格非常非常的昂贵!淘宝上甚至开价数千,于是博主只能另辟蹊径。制作好的模块在STM32C5中跑了一下测距算法如下:

1、自制BGT60TR13C模块

BGT60TR13在嘉立创商城实际上是有封装还可以直接购买的,单块芯片的价格为90块钱,配合其他的芯片可以将模块成本控制在百元左右。另外由于是BGA封装,选择嘉立创的SMT工艺的话单板价格就会比较贵,最后实际在300左右一块板子。相比于官方的评估板价格大大的可以接受。(实际上成本就是100+的,但是SMT的工程费用实在太贵了,批量的话就可以降下来)

查询BGT60TR13C的芯片手册,其电源域主要有两个部分:分别是1.8V的核心电源、以及3.3V的锁相环电源。通讯使用SPI通讯同时要注意是1.8V电压域。

因此除了考虑到双电源供给外还需要设计电平转换电路用于该毫米波雷达和常规3.3V电平单片机通讯。

BGT60TR13C的可用引脚除了SPI通讯以及中断引脚外,需要我们提供80MHZ的OSC_CLK。为此需要一颗高精度有源晶振作为系统的时钟。

2、双电源系统

电源部分总计使用4颗高精度LDO:LP5907分别输出两路3.3V和一路1.8V电压还有1.2V电压。其中1.8V单独用于VDDA和VDDD二者数字电源和模拟电源。两颗3.3V分别用于VDDLF锁相环电源以及用于电平转换协议使用。

使用单独一颗LP5907输出1.2V电压用于RF、VCO以及PLL。所有的电压输出部分均加上磁珠和电容用以滤波。

3、电平转换芯片

由于BGT60TR13C的电平域是1.8V,想要和我们常规的3.3V单片机正常使用需要设计电平转换电路,这里我使用的是TI的SNAXC8T248双电源总线收发器。

这里需要注意的是,这一颗芯片并不是双向通讯的,通讯方向有DIR1/2引脚来控制。

因此我们要严格区分芯片和单片机的通讯接口方向,芯片的功能引脚中:SPI_CLK、SPI_MOSI、SPI_CS都是由单片机传输到芯片方。SPI_MISO、INT引脚则是从芯片到单片机端。最终电源转换芯片的电路如图所示:

4、电路板总览

电路板依旧赛博拼豆胡乱排列,不是博主的强项就不过多介绍了。

5、测试使用

软件编程真的是超级费劲,下次再单独讲吧,中间的坑有点多,不过好歹是弄好了。因为BGT60TR13C是一颗一发三收的毫米波雷达芯片,因此只需要根据三路接收器采集的ADC数据进行时延结算就可以实现测距的功能。就如同开头所示的视频那样。同时博主后续更大的可能是将其用于科研用途。

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嵌入式开发兴趣爱好者,热衷于电子信息技术,嵌入式开发,物联网技术等领域开发。