原標題：雷達水位計技術方案

一、概述

雷達水位計是一種基于微波雷達技術的非接觸式水位測量設備，廣泛應用于河流、湖泊、水庫、水文站等場合。隨著物聯網（IoT）和智能傳感技術的發展，雷達水位計的應用越來越廣泛，具備高精度、低功耗、抗干擾能力強的特點。本方案詳細分析雷達水位計的電路設計，并選擇最優的元器件進行搭配，以確保系統穩定運行。

二、系統架構

雷達水位計主要由以下部分組成：

1. 雷達前端（發射和接收模塊）

2. 信號處理單元（高速ADC、DSP或MCU）

3. 電源管理模塊（DC-DC穩壓、LDO、鋰電池管理）

4. 無線通信模塊（LoRa、NB-IoT、4G）

5. 數據存儲與顯示模塊（LCD、Flash存儲器）

系統整體架構如下：

• 雷達前端負責發射毫米波信號并接收回波數據；

• 高速ADC將雷達回波信號轉換為數字信號；

• MCU執行信號處理算法并控制整個系統的運行；

• 電源管理模塊確保系統穩定供電；

• 無線通信模塊實現遠程數據傳輸；

• 顯示模塊用于本地數據展示和用戶交互。

三、元器件選型及作用

1. 雷達芯片

• 選型：TI IWR6843

• 作用：IWR6843是一款集成毫米波雷達前端的SoC，支持79GHz頻段，具有高精度測量能力。

• 選擇理由：高集成度、支持DSP處理、低功耗，適合雷達水位測量。

2. 高速模數轉換器（ADC）

• 選型：Analog Devices AD9689

• 作用：用于將雷達回波信號轉換為數字信號，供DSP或MCU進行處理。

• 選擇理由：高采樣率（1.25GSPS），低噪聲，適用于高精度信號采集。

3. 主控芯片（MCU）

• 選型：ST STM32H743ZI

• 作用：處理ADC采集的數據，執行信號處理算法，并控制整個系統的運行。

• 選擇理由：高主頻（480MHz），帶FPU的Cortex-M7內核，適用于信號處理。

4. 電源管理模塊

• DC-DC轉換器：TI TPS62135（高效降壓）

• LDO穩壓器：Analog Devices ADP7156（超低噪聲）

• 鋰電池管理：TI BQ25895（支持快充的電池管理IC）

• 作用：提供穩定的電源，降低系統功耗。

• 選擇理由：高效率、高穩定性、低噪聲，確保信號處理的精確度。

5. 無線通信模塊

• 選型：Quectel BG96（支持NB-IoT、LTE-M）

• 作用：將采集的數據遠程傳輸到服務器，實現遠程監控。

• 選擇理由：低功耗、廣覆蓋，適用于遠程水位監測。

6. 數據存儲與顯示模塊

• LCD顯示屏：Newhaven NHD-C12832A1Z-FSW-FBW-3V3（低功耗黑白LCD）

• Flash存儲器：Winbond W25Q128JV（128Mbit NOR Flash）

• 作用：存儲歷史數據，并實時顯示水位信息。

• 選擇理由：低功耗、高可靠性。

四、電路框圖

+----------------------------------+
|  雷達前端 (IWR6843)         |
+----------------------------------+
             |
             v
+----------------------------------+
|  高速ADC (AD9689)          |
+----------------------------------+
             |
             v
+----------------------------------+
|  主控MCU (STM32H743ZI)       |
+----------------------------------+
     |        |        |
     v        v        v
+------------+ +------------+ +------------+
| 電源管理  | | 通信模塊  | | 存儲與顯示 |
| (TPS62135) | | (BG96)     | | (W25Q128)|
+------------+ +------------+ +------------+

五、系統軟件架構

1. 數據采集層：IWR6843 負責發射毫米波信號并接收回波。

2. 信號處理層：STM32H743ZI 解析 ADC 采集的數據并進行濾波處理。

3. 通信傳輸層：BG96 通過 NB-IoT 發送水位數據至云端，實現遠程監測。

4. 用戶交互層：LCD 實時顯示水位信息，并支持按鍵操作。

六、系統優勢

1. 高精度測量：采用 79GHz 毫米波雷達，精度可達毫米級。

2. 低功耗設計：選用高效 DC-DC 及低功耗 MCU，延長電池壽命。

3. 遠程通信能力：支持 NB-IoT/4G，實現數據遠程傳輸。

4. 抗干擾能力強：毫米波雷達可有效避免環境干擾，如霧氣、降雨等。

5. 環境適應性強：雷達水位計可用于不同惡劣環境，如高溫、高濕、高鹽霧場景。

6. 數據存儲與云端分析：通過Flash存儲歷史數據，結合云端分析，提供長期水文數據支持。

七、未來優化方向

1. 優化算法：進一步優化信號處理算法，提高測量精度和抗干擾能力。

2. 增加AI預測功能：結合機器學習算法，提高水文監測的智能化水平。

3. 支持更多通信協議：擴展LoRa、Wi-Fi等通信方式，增加數據傳輸的靈活性。

4. 集成太陽能供電：采用太陽能供電方案，實現長期獨立運行，適用于偏遠地區。

八、結論

本方案采用 IWR6843 毫米波雷達芯片，結合 AD9689 高速 ADC、STM32H743ZI MCU 及 BG96 無線通信模塊，實現高精度、低功耗的水位測量系統，適用于遠程水文監測。未來可進一步優化數據處理算法，并結合 AI 技術，提高水文監測的精度和智能化水平，推動智慧水利的發展。