原标题：雷达水位计技术方案

一、概述

雷达水位计是一种基于微波雷达技术的非接触式水位测量设备，广泛应用于河流、湖泊、水库、水文站等场合。随着物联网（IoT）和智能传感技术的发展，雷达水位计的应用越来越广泛，具备高精度、低功耗、抗干扰能力强的特点。本方案详细分析雷达水位计的电路设计，并选择最优的元器件进行搭配，以确保系统稳定运行。

二、系统架构

雷达水位计主要由以下部分组成：

1. 雷达前端（发射和接收模块）

2. 信号处理单元（高速ADC、DSP或MCU）

3. 电源管理模块（DC-DC稳压、LDO、锂电池管理）

4. 无线通信模块（LoRa、NB-IoT、4G）

5. 数据存储与显示模块（LCD、Flash存储器）

系统整体架构如下：

• 雷达前端负责发射毫米波信号并接收回波数据；

• 高速ADC将雷达回波信号转换为数字信号；

• MCU执行信号处理算法并控制整个系统的运行；

• 电源管理模块确保系统稳定供电；

• 无线通信模块实现远程数据传输；

• 显示模块用于本地数据展示和用户交互。

三、元器件选型及作用

1. 雷达芯片

• 选型：TI IWR6843

• 作用：IWR6843是一款集成毫米波雷达前端的SoC，支持79GHz频段，具有高精度测量能力。

• 选择理由：高集成度、支持DSP处理、低功耗，适合雷达水位测量。

2. 高速模数转换器（ADC）

• 选型：Analog Devices AD9689

• 作用：用于将雷达回波信号转换为数字信号，供DSP或MCU进行处理。

• 选择理由：高采样率（1.25GSPS），低噪声，适用于高精度信号采集。

3. 主控芯片（MCU）

• 选型：ST STM32H743ZI

• 作用：处理ADC采集的数据，执行信号处理算法，并控制整个系统的运行。

• 选择理由：高主频（480MHz），带FPU的Cortex-M7内核，适用于信号处理。

4. 电源管理模块

• DC-DC转换器：TI TPS62135（高效降压）

• LDO稳压器：Analog Devices ADP7156（超低噪声）

• 锂电池管理：TI BQ25895（支持快充的电池管理IC）

• 作用：提供稳定的电源，降低系统功耗。

• 选择理由：高效率、高稳定性、低噪声，确保信号处理的精确度。

5. 无线通信模块

• 选型：Quectel BG96（支持NB-IoT、LTE-M）

• 作用：将采集的数据远程传输到服务器，实现远程监控。

• 选择理由：低功耗、广覆盖，适用于远程水位监测。

6. 数据存储与显示模块

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

• Flash存储器：Winbond W25Q128JV（128Mbit NOR Flash）

• 作用：存储历史数据，并实时显示水位信息。

• 选择理由：低功耗、高可靠性。

四、电路框图

+----------------------------------+
|  雷达前端 (IWR6843)         |
+----------------------------------+
             |
             v
+----------------------------------+
|  高速ADC (AD9689)          |
+----------------------------------+
             |
             v
+----------------------------------+
|  主控MCU (STM32H743ZI)       |
+----------------------------------+
     |        |        |
     v        v        v
+------------+ +------------+ +------------+
| 电源管理  | | 通信模块  | | 存储与显示 |
| (TPS62135) | | (BG96)     | | (W25Q128)|
+------------+ +------------+ +------------+

五、系统软件架构

1. 数据采集层：IWR6843 负责发射毫米波信号并接收回波。

2. 信号处理层：STM32H743ZI 解析 ADC 采集的数据并进行滤波处理。

3. 通信传输层：BG96 通过 NB-IoT 发送水位数据至云端，实现远程监测。

4. 用户交互层：LCD 实时显示水位信息，并支持按键操作。

六、系统优势

1. 高精度测量：采用 79GHz 毫米波雷达，精度可达毫米级。

2. 低功耗设计：选用高效 DC-DC 及低功耗 MCU，延长电池寿命。

3. 远程通信能力：支持 NB-IoT/4G，实现数据远程传输。

4. 抗干扰能力强：毫米波雷达可有效避免环境干扰，如雾气、降雨等。

5. 环境适应性强：雷达水位计可用于不同恶劣环境，如高温、高湿、高盐雾场景。

6. 数据存储与云端分析：通过Flash存储历史数据，结合云端分析，提供长期水文数据支持。

七、未来优化方向

1. 优化算法：进一步优化信号处理算法，提高测量精度和抗干扰能力。

2. 增加AI预测功能：结合机器学习算法，提高水文监测的智能化水平。

3. 支持更多通信协议：扩展LoRa、Wi-Fi等通信方式，增加数据传输的灵活性。

4. 集成太阳能供电：采用太阳能供电方案，实现长期独立运行，适用于偏远地区。

八、结论

本方案采用 IWR6843 毫米波雷达芯片，结合 AD9689 高速 ADC、STM32H743ZI MCU 及 BG96 无线通信模块，实现高精度、低功耗的水位测量系统，适用于远程水文监测。未来可进一步优化数据处理算法，并结合 AI 技术，提高水文监测的精度和智能化水平，推动智慧水利的发展。