用于智能马桶上的微波传感技术应用

增益调整。MCP4011—50K是美国微芯公司推出的低成本易失性50 kΩ数字电位器，其具有64个抽头，且采用简单的递增/递减（U/D）串行接口控制滑动端的设置。但其为易失性数字电位器，断电后不保存滑动端设置值，因此该滑动端设置值由单片机PIC16F1824内部的EEPROM进行保存，并在上电初始化时恢复到MCP4011—50K芯片上。

　　1.1.5 整形电路

　　整形电路的作用是对变化缓慢或不规则的信号进行整形，同时可剔除输入信号中的干扰信号;单片机借此来衡量多普勒信号中的频率成分;该部分电路主要使用单片机内部的比较器来完成。原理框图如图6所示。

　　1.2 软件设计

　　本设计软件主要包含系统初始化模块、串口通信模块、灵敏度设置处理模块、波形采集处理模块、频率检测处理模块、幅值检测处理模块和信号处理分析模块等，具体软件流程如图7所示。

　　2 人体运动检测原理

　　微波传感器不断地向空间发射高频电磁波。当人体在微波传感器覆盖的面积内移动时，微波传感器发出的高频电磁波遇到人体发生反射后折回，被微波传感器接收;微波传感器将接收波与发射波混频后输出一个中频信号，即多普勒信号。

　　该多普勒信号先经过陷波器滤除信号中的噪声，然后再进入数控增益可调放大器，信号被放大后被单片机识别;放大后的信号一路直接送入单片机，另一路经过整形电路后将不规则的信号整形后再送入单片机，借此来衡量多普勒信号的频率。

　　多普勒信号进入单片机后，由波形采集处理模块、频率检测处理模块和幅值检测处理模块进行相应的处理，得出幅值和频率，然后由信号处理单元利用电平变化趋势和幅值频率的限制来做最终判断。最后，单片机根据本次判定结果执行翻盖、冲刷等任务。

　　当目标物体静止时，多普勒信号的幅值和频率保持不变。当目标物体向多普勒微波传感器运动时，多普勒信号的幅值会呈现出上升趋势，频率也会呈现变大趋势;当目标物体远离多普勒微波传感器运动时，多普勒信号的幅值会呈现出下降趋势，频率也会呈现变小趋势;而多普勒信号的幅值与目标物体的具体位置有关，目标物体运动所产生的多普勒频率取决于目标物体与马桶之间的相对运动速度。

　　3 人体运动检测流程分析

　　以检测人体接近为例，假设单片机检测人体接近预设的参数为幅值V0，频率为［F0，F1］，则预设的判定条件为：V》V0，F1》F》F0，幅值变化趋势上升。

　　人体朝着多普勒微波传感器的方向运动，多普勒微波传感器就会不断地输出多普勒信号，该信号是非常微弱的，而且掺杂了许多杂信。多普勒信号首先经过陷波器，初步滤除信号中的杂信，然后通过交流耦合的方法进入低频放大器将信号放大。交流耦合的方法可以去除掺杂在多普勒信号中的直流成分，使多普勒信号更纯净。接着被放大的多普勒信号进入了数控增益可调放大器，将信号放大到能被单片机所识别的程度。数控增益可调放大器的放大倍数由单片机根据工作模式确定。从数控增益可调放大器输出的多普勒信号（假设幅值为V，频率为F）则直接送入单片机进行处理。

　　人体不断的运动导致V和F也是不断变化的。通过软件算法，单片机识别，记录并存储V和F的变化，并不断地与预设的判定条件进行比对。当检测到V》V0、F1》F》F0，且幅值是一条上升趋势的曲线时，控制器就会认为是一次有效的接近检测，从而执行相应的输出。如果三个条件中的任何一个都不满足要求，则单片机会认为是无效的接近检测，不会执行相应的输出。

　　当人体从远处移动至多普勒微波传感器前方时，微波检测装置检测到的波形如图8所示。可以看出，整条曲线（电平）呈上升趋势，通过软件算法可以检测出该趋势;图中的V1限制用来指定目标物体出现的有效位置;波形尾部曲线有下降趋势是因为目标物体已到达位置并停止移动。检测到人体正在接近马桶后，马桶可立刻执行自动翻盖等任务。

　　当人体从多普勒微波传感器前方移动至远处时，微波检测装置检测到的波形如图9所示。可以看出，整条曲线（电平）呈下降趋势，通过软件算法可以检测出该趋势;图中的V2限制用来指定目标物体离开的有效位置。检测到人体已远离马桶后，马桶可执行自动冲刷、自动关盖等任务。

　　当人体从多普勒微波传感器侧面移动至传感器前面时，微波检测装置检测到的波形如图10所示。可以看出，整条曲线（电平）与图8的曲线是十分相似的，也是呈上升趋势。

单片机采样输入多普勒信号，并从中检测出幅值和频率;同时，对输入的多普勒信号进行信号处理，提取出幅值变化的趋势，即上升趋势和下降趋势。单片机根据检测到的这些信息，结