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物位测量是对容器中物料存储量的度量,是调节物料平衡、确定产品产量的有效手段,在自动化工业生产过程中物位测量占有非常重要的地位。随着我国工业发展水平的不断提高,高精度、高可靠性的物位测量技术得到了快速的发展,FMCW雷达以其结构简单、发射功率低、测距精度高、抗干扰能力强等优点,被广泛应用于物位测量领域。因此,对FMCW雷达物位测量系统的研究与设计具有非常重要的意义和价值。本文首先对FMCW雷达物位测量系统的相关技术原理进行介绍,阐述了锯齿波FMCW雷达的测距原理以及基于HART协议的通信技术,在此基础上提出了物位测量系统的整体框架。物位测量系统由五个部分组成,分别是信号处理与控制模块、HART通信模块、电源模块、红外输入与LCD显示模块以及雷达收发模块。信号处理与控制模块选用基于ARM Cortex-M4内核的STM32F407处理器作为信号处理和外设控制的核心,并设计了对雷达收发模块、HART通信模块、红外输入与LCD显示模块的控制接口;HART通信模块采用AD5421和AD5700-1芯片搭建,实现了该模块的硬件设计;电源模块为系统的各个模块供电,由于AD采样电路和雷达收发模块的微波电路对电源的要求很高,电源模块的输出电压必须稳定且低噪声;红外输入与LCD显示模块实现了系统的人机交互功能,方便测量数据的读取以及调试参数的设置。其次,研究了 FMCW雷达的差频信号处理算法。使用雷达进行物位测量时,回波信号中经常会混有大量的杂波和噪声干扰,为了从这些干扰中识别出目标回波,并判断目标的准确距离,本文选用FFT+Chirp-Z和OS-CFAR相结合的信号处理算法,经验证,该算法可以很好地从差频信号的频谱中检测出目标,并实现对目标频率的估计。然后本文对物位测量系统的软件进行设计。通过对软件需求的分析,将软件设计分成了两部分,信号处理与控制软件主要负责信号处理算法的实现以及相关的外设控制,HART上位机软件则实现与物位测量系统的HART协议通信。最后,本文对系统各个模块的功能进行测试,测试结果表明本文设计的FMCW雷达物位测量系统可以正常工作,测距精度±15mm,满足工业现场的物位测量需求。