CN114351807A - 一种基于fmcw的智能马桶冲水方法及智能马桶系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能马桶技术领域，尤其涉及一种基于FMCW的智能马桶冲水方法及智能马桶，所述方法基于智能马桶和微波传感器，所述方法包括：根据预设的固定频率范围，控制微波传感器进行连续调频，向外发射发射电磁波；当发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由微波传感器接收反射电磁波；通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号；对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息；根据频谱信息，获取使用者动态信息，通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式；提高智能马桶的智能化和卫生程度同时节约用水，环保节能。

Description

一种基于FMCW的智能马桶冲水方法及智能马桶系统

技术领域

本发明属于智能马桶技术领域，尤其涉及一种基于FMCW的智能马桶冲水方法及智能马桶系统。

背景技术

马桶又称作坐便器，是大小便共用的有盖的桶，属于建筑给排水材料领域的一种卫生器具，是人们日常生活中的必备用品。随着国家节能减排工作的不断深入，人们节水意识的不断增强，马桶的节水功能也得到了人们的重视。

目前，市面上的马桶冲水方式常见的有按钮式冲水和红外感应冲水。按钮式冲水的结构虽然简单，但需要手动区分按钮控制马桶的冲水量，使用起来并不方便，且在公用厕所时卫生程度较低，用手按压容易沾染细菌；而市面上的红外感应冲水是在使用者离开后就执行冲水，无法灵活地控制冲水量，造成水资源的浪费。因而，实有必要设计一种基于FMCW的智能马桶冲水方法及智能马桶系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FMCW的智能马桶冲水方法及智能马桶系统，旨在解决现有技术中因常见马桶中按钮式冲水智能化和卫生程度低，用户使用体验低下，红外感应式冲水不能控制出水量而造成水资源浪费的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于FMCW的智能马桶冲水方法，所述方法基于智能马桶和微波传感器，所述方法包括：

根据预设的固定频率范围，控制微波传感器进行连续调频，向外发射发射电磁波；

当发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由微波传感器接收反射电磁波；

通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号；

对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息；其中，频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息；

根据频谱信息，获取使用者动态信息，通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式。

可选地，所述根据频谱信息，获取使用者动态信息，通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式的步骤，具体包括：

根据频谱信息获取使用者动态信息，获取使用者当前姿态为站立姿态或入座姿态；

若使用者当前姿态为站立姿态，根据使用者的站立时长，判定是否为男士小便，并决定在使用者远离智能马桶后是否启动小冲水量模式进行冲水；

若使用者姿态为入座姿态，则在使用者远离智能马桶后，根据使用者入座时长，进行小冲水量模式或大冲水量模式进行冲水。

可选地，所述对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息的步骤，具体包括：

获取中频信号，对所述中频信号进行滤波放大，得到幅值放大的中频信号；

对幅值放大的中频信号进行数模转换，将模拟的中频信号进行转换，得到数字中频信号；

将数字中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到使用者的频谱信息。

可选地，所述将数字中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到使用者的频谱信息的步骤，具体包括：

预先设置采样频率，基于以下公式三，获取频率信息：

其中，F为采样频率，N为在一快速傅里叶变换周期中的采样点数，n为采样频点所对应的序号；

基于以下公式四，可以获得信号幅值信息：

θ_n＝arctan(y_n,x_n)，其中，其中，x_n为实部，y_n为虚部；

基于以下公式五，获取信号相位信息：

其中，N为在一快速傅里叶变换周期中的采样点数，n为采样频点所对应的序号；

基于预设的带宽与调制波形的周期，代入所述频率信息，通过以下公式二获取采样频率中各频点之间的距离信息：

其中，c为光速，F为采样频率，N为采样点数，n为频点对应的序号，T为调制波形的周期，B为带宽。

可选地，所述根据频谱信息获取使用者动态信息，获取使用者当前姿态为站立姿态或入座姿态的步骤，具体包括：

获取多个频谱信息，根据多个所述频谱信息，基于以下公式一获取待使用者的角度信息：

其中，l为反射电磁波之间的距离，R为接收天线之间的距离，λ为波长，Δα_n为多个反射电磁波之间的相位差；

根据所述角度信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，得到使用者动态信息；

根据所述使用者动态信息，判断使用者当前姿态。

可选地，所述根据所述角度信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，得到使用者动态信息的步骤，具体包括：

以所述微波传感器为原点建立空间坐标系；

根据使用者的多个平面角度信息和距离信息，获取使用者的定位信息；

根据使用者的定位信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，捕捉使用者动态信息。

可选地，所述若使用者姿态为入座姿态，则在使用者远离智能马桶后，根据使用者入座时长，进行小冲水量模式或大冲水量模式进行冲水的步骤，具体包括：

在使用者入座后，根据频谱信息的变化，获取使用者维持入座姿态后的时长；

若使用者维持入座姿态的时长小于冲水时间阈值，则启动小冲水量模式进行冲水；

若使用者维持入座姿态的时长大于冲水时间阈值，则启动大冲水量模式进行冲水。

可选地，所述通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号的步骤，具体包括：

通过初始发射电磁波感应使用者，获取初始反射电磁波；

基于频率为扫频的发射电磁波，获取在当前接收到初始反射电磁波后的当前发射电磁波，

通过将初始反射电磁波与当前发射电磁波进行混频，获取中频信号，所述中频信号的频率基于以下公式六获得：

Δf＝|f₁-f₂|，其中f₁为初始反射电磁波的频率，f₂为当前发射电磁波的频率。

一种智能马桶，包括智能马桶和安装于所述智能马桶后方的微波传感器，所述微波传感器与所述智能马桶连接；

所述微波传感器用于根据预设的固定频率，控制微波传感器进行连续调频，向外发射发射电磁波；

所述微波传感器用于当发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由微波传感器接收反射电磁波；

所述微波传感器用于通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号；

所述微波传感器用于对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息；其中，频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息；

所述智能马桶用于根据频谱信息，获取使用者动态信息，并通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式。

一种可读存储设备，所述可读存储设备存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法。

本发明实施例提供的基于FMCW的智能马桶冲水方法及智能马桶系统中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：

本发明通过在智能马桶的后端设置微波传感器，所述微波传感器通过发射电磁波与反射电磁波，并通过发射电磁波与反射电磁波混频得到中频信号，将中频信号进行处理后后得到使用者的频谱信息，再通过该频谱信息得到使用者的当前状态，进而选择不同的冲水模式，冲水模式包括小冲水量模式和大冲水量模式，当入座时间低于预设值或检测到站立姿态时，所述智能马桶检测到使用者远离，则进行小冲水量进行冲水；当入座时间高于预设值或检测到为入座姿态时，选用大冲水模式进行冲水，智能高效地节约水资源，由此实现智能马桶的智能化的同时，还能节约用水，环保节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于FMCW的智能马桶冲水方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的冲水模式判断选择的流程图；

图3为本发明实施例提供的中频信号处理的流程图；

图4为本发明实施例提供的频谱信息获取的流程图；

图5为本发明实施例提供的使用者当前姿态判断的流程图；

图6为本发明实施例提供的使用者动态信息获取的流程图；

图7为本发明实施例提供的使用者入座后冲水模式选择的流程图；

图8为本发明实施例提供的中频信号获取的流程图；

图9为本发明实施例提供的智能马桶系统的结构框图；

图10为本发明实施例提供的微波传感器的结构框图；

图11为本发明实施例提供的可读存储设备的结构框图；

图12为本发明实施例提供的反射电磁波反射至接收天线使的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的天线组的结构和微波传感器检测使用者后的投影组合示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，提供一种基于FMCW的智能马桶冲水方法，所述方法基于智能马桶和微波传感器进行，所述微波传感器安装于智能马桶后侧的墙上，本实施例中，通过安装位置的限定排除了马桶本体的陶瓷件或塑料件对微波传感器的衰减或干扰导致的检测不精准的情况，提高了检测精准度，且无需设置微波感应器与马桶之间的匹配结构，极大降低感应器与马桶之间的调试和匹配难度，提升安装效率。

所述方法具体包括以下步骤：

S100：根据预设的固定频率范围，控制微波传感器进行连续调频，向外发射发射电磁波；

具体地，在本步骤中，通过预设的固定频率范围，使微波传感器进行连续调频，进而得到周期性变化的调制波形，使所述微波传感器以FMCW的工作方式进行工作，即以连续调频波的工作方式进行工作，如三角波、锯齿波等周期性变化的波形。

S200：当发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由微波传感器接收反射电磁波；

具体地，在本步骤中，由所述微波传感器使以扫频的方式发出连续调频的发射电磁波，并由微波传感器的发射天线发射发射电磁波，当发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由微波传感器的接收天线接收反射电磁波。

S300：通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号；

具体地，在本步骤中，由于所述发射电磁波的频率为扫频，当经过时间t后，当前发射电磁波的频率将会被重新调制，通过将初始反射电磁波与当前发射电磁波进行混频，获取中频信号，所述中频信号的频率为初始反射电磁波与当前发射电磁波的频率的差值。

S400：对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息；其中，频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息；

具体地，在本步骤中，通过所述滤波放大器对中频信号进行滤波、放大，进而得到中频放大信号，而后将中频放大信号发送至所述模数转换器中，将模拟的中频放大信号转换为数字中频信号。

进一步地，将数字中频信号发送至所述信号处理器中，所述信号处理器通过快速傅里叶变换，将时域形式的数字中频信号转换为频域信号，得到频谱信息，消除了噪声带来的影响，减少外界噪声对所述微波传感器采集频谱信息的干扰。其中，频谱信息包括信号的频率信息、幅值信息和相位信息。

S500：根据频谱信息，获取使用者动态信息，通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿选择不同的冲水模式。

本步骤中，通过使用者动态信息判断当前姿态，从而选择不同的冲水模式。冲水模式包括小冲水量模式和大冲水量模式，当入座时间低于预设值或检测到站立姿态时，所述智能马桶检测到使用者远离，则进行小冲水量进行冲水；当入座时间高于预设值或检测到为入座姿态时，选用大冲水模式进行冲水，智能高效地节约水资源。

本发明通过在智能马桶的后端设置微波传感器，所述微波传感器通过发射电磁波与反射电磁波，并通过发射电磁波与反射电磁波混频得到中频信号，将中频信号进行处理后后得到使用者的频谱信息，再通过该频谱信息得到使用者的当前状态，进而选择不同的冲水模式，由此实现智能马桶的智能化的同时，还能节约用水，环保节能。

在本发明的另一个实施例中，所述根据频谱信息，获取使用者动态信息，通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式的步骤，具体包括：

S510：根据频谱信息获取使用者动态信息，获取使用者当前姿态为站立姿态或入座姿态；

具体地，在本步骤中，所述频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息，由所述频谱信息获取角度信息和距离信息，通过频谱信息、角度信息和距离信息，获取使用者的动态信息。根据使用者的动态信息判断使用者当前为站立姿态或是入座姿态，从而选择智能马桶的冲水模式，以达到节约水资源的目的。

S520：若使用者当前姿态为站立姿态，根据使用者的站立时长，判定是否为男士小便，并决定在使用者远离智能马桶后是否启动小冲水量模式进行冲水；

具体地，在本步骤中，通过所述智能马桶预先设定一个男士小便冲水时间阈值，根据获取使用者的动态信息，可以得到使用者当前姿态，当使用者当前姿态为站立姿态，且使用者的站立时间大于男士小便冲水时间阈值时，所述智能马桶将其动作识别为男士小便，根据所述动态信息，当使用者远离所述智能马桶时，启动小冲水量模式进行冲水，从而实现识别男士小便时的水量节约。

S530：若使用者姿态为入座姿态，则在使用者远离智能马桶后，根据使用者入座时长，进行小冲水量模式或大冲水量模式进行冲水。

具体地，在本步骤中，通过预先设定一个冲水时间阈值，当所述微波传感器识别到使用者姿态为入座状态后，若使用者的入座时间低于所述冲水时间阈值，则选用小冲水量模式，若使用者的入座时间高于所述冲水时间阈值，则选用大冲水量模式。由此，根据使用者的如厕时间，区分使用者的大小便行为，从而由所述智能马桶进行选择不同的冲水模式，进而达到节约冲水量的作用。

在本发明的另一个实施例中，所述对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息的步骤，具体包括：

S410：获取中频信号，对所述中频信号进行滤波放大，得到幅值放大的中频信号；

具体地，在本步骤中，通过从一混频器中获取中频信号，将所述中频信号经一滤波放大器进行滤波、放大，得到中频放大信号。

S420：对幅值放大的中频信号进行数模转换，将模拟的中频信号进行转换，得到数字中频信号；

具体地，本步骤中，所述混频器将中频放大信号发送至一模数转换器，所述模数转换器将模拟的中频放大信号转换为数字中频信号。

S430：将数字中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到使用者的频谱信息，其中，所述频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息。

具体地，本步骤中，通过将数字中频信号发送至一信号处理器，由所述信号处理器将时域信号转换为频域信号，从而进行快速傅里叶算法，得到频谱信息。

根据所述信号幅值信息，提取其中幅值动态变化的部分，从而感应状态为动态的使用者，以达到过滤掉静态物体的目的。通过获取使用者的频率信息、信号幅值信息和信号相位信息，从而计算使用者的距离信息和角度信息，进而屏蔽卫生间内的地面、墙面、家具等静态物体的频谱信息，防止所述微波传感器受到静态物体的干扰。

在本发明的另一个实施例中，所述将数字中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到使用者的频谱信息的步骤，具体包括：

S431：预先设置采样频率，基于以下公式三获取频率信息：

在本步骤中，通过预先设置采样频率，根据以下公式一获取频率信息：

其中，F为采样频率,N为在一快速傅里叶变换周期中的采样点数，n为采样频点所对应的序号，由此，可以得到一快速傅里叶变换周期中频点所对应的频率，得到频率信息。

根据以下公式四，获取信号相位信息：

θ_n＝arctan(y_n,x_n)，其中，x_n为实部，y_n为虚部，由此，可以得到信号相位信息；

根据以下公式五，获取信号幅值信息：

其中，N为在一快速傅里叶变换周期中的采样点数，n为采样频点所对应的序号，由此，可以得到该数字中频信号的信号幅值信息。

S432：基于以下公式二获取采样频率中各频点之间的距离信息：

其中，c为光速，F为采样频率，N为在一快速傅里叶变换周期中的采样点数，n为采样频点所对应的序号，T为调制波形的周期，B为带宽。

具体地，本步骤中，由于使用者的距离为电磁波传播路程的一半，即距离公式：

以及结合频率信息公式

可以推得经过快速傅里叶变换后，序号为n的频点的距离信息为：

由此，获得使用者距离所述微波传感器的距离。

在本发明的另一个实施例中，所述根据频谱信息获取使用者动态信息，获取使用者当前姿态为站立姿态或入座姿态的步骤，具体包括：

S511：获取多个频谱信息，根据多个所述频谱信息，基于以下公式一获取待使用者的角度信息：

其中，l为反射电磁波之间的距离差，R为接收天线之间的距离，λ为波长，Δα_n为多个反射电磁波之间的相位差。

具体地，在本步骤中，如图12和图13所示，所述接收天线的数量为3个，包括第一接收天线ANT1、第二接收天线ANT2和第三接收天线ANT3，且各接收天线的位置固定并设有对应的混频器。

由于第一接收天线ANT1和第二接收天线ANT2之间的距离R非常小，故使用者反射到第一接收天线ANT1的第一反射电磁波R1和使用者反射到第二接收天线ANT2的第二反射电磁波R2可认定为平行电磁波。

由此，可以得到使用者被测角度信息为θ＝arcsin(l/R)。且接收天线之间的距离R为硬件设计的已知常量，故只需要计算出l即可得到角度信息θ。

进一步地，所述第一接收天线ANT1接收到第一反射电磁波R1后，通过其混频器可以得到中频信号，根据步骤S400可以通过FFT得第一频谱信息；

所述第二接收天线ANT2接收到第二反射电磁波R2后，通过其混频器可以得到中频信号，根据步骤S400可以通过FFT得第二频谱信息。

其中，在第一频谱信息中，其频点为

其相位为：α_an＝arctan(y_an,x_an)，在第二频谱信息中，其频点为

其相位为：α_bn＝arctan(y_bn,x_bn)。

故第一频谱信息与第二频谱信息之间的相位差为：Δα_n＝α_an-α_bn；

根据三角函数公式可得：

而，

化简后可以得到：Δα_n＝arctan((y_anx_bn-x_any_bn),(x_anx_bn+y_any_bn))。

设定微波发射频率的中心频率为F₀,那么其波长：

其中c为光速；一个完整的周期为2π，一个完整的波长为λ，而第一反射电磁波与第二反射电磁波之间的相位差为Δα_n，所以其距离差

获取接收各天线之间的距离差，通过将接收天线之间的距离差代入公式一，得到使用者的角度信息。

进一步地，通过一个发射天线与两个接收天线的天线组合，微波传感器可以检测到使用者的距离信息、幅值信息及二者在XY平面上的角度信息。

同理，可以获得第二接收天线ANT2与第三接收天线ANT3之间的距离差。由于增加了第三接收天线ANT3，该微波传感器根据第二接收天线ANT2和第三接收天线ANT3所接收到的反射电磁波的相位差，可以检测被测物在YZ平面上的投影的角度信息；进而通过一个发射天线配合三个接收天线的微波传感器，可以检测多个角度信息以及距离信息，从而实现了在三维空间中定位使用者的位置信息。

S512：根据所述角度信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，得到使用者动态信息，

具体地，在本步骤中，设定所述微波传感器为原点，通过设置所述第一接收天线ANT1、所述第二接收天线ANT2和所述第三接收天线ANT3，所述微波传感器根据各所述接收天线接收到的反射电磁波，计算反射电磁波之间的相位差，分别检测使用者在空间中XZ、YZ平面上的投影的角度信息。

S513：根据所述使用者动态信息，判断使用者当前姿态。

具体地，在本步骤中，根据幅值信息、距离信息和角度信息，信号处理器提取其中幅值动态变化的部分，从而可得到动态的被测物，以达到过滤掉静态被测物的目的，即只关心动态的使用者的距离角度信息，而屏蔽地面、墙面、家具等静态物体的信息，信号处理器根据预设规则以及上述检测信息，判断智能马桶的冲水模式。

在本发明的另一个实施例中，所述根据所述角度信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，得到使用者动态信息的步骤，具体包括：

S5121：以所述微波传感器为原点，建立三维空间坐标系；

S5122：根据使用者的多个平面角度信息和距离信息，获取使用者的定位信息；

具体地，本步骤中，如图12和图13所示，所述微波传感器的一个天线组包括了一个发射天线和三个接收天线，所示图13右侧图为微波传感器检测使用者在投影平面的投影信息，所述接收天线包括通过所述微波传感器获取并计算使用者的多个平面的角度信息和距离信息，通过设置所述第一接收天线ANT1、所述第二接收天线ANT2和所述第三接收天线ANT3，所述微波传感器根据各接收天线接收到的反射电磁波，计算反射电磁波之间的相位差，分别检测使用者在空间中多个平面上的投影的角度信息，如图13左侧图式，根据第二接收天线ANT2和第三接收天线ANT3所接收到的两反射电磁波的相位差，可以检测被测物在YZ平面上的投影的角度信息，再综合第一接收天线ANT1和第二接收天线ANT2检测被测物在XZ平面上的投影的角度信息，即可实现了在三维空间中定位被测物。由此获取使用者在三维空间坐标系中的具体位置。

根据上述检测信息，当所述XZ平面上的所述角度信息为水平面，当所述XY平面、YZ平面为垂直面时，那么微波传感器可以检测到使用者的距离以及相对于微波传感器的水平角度，还可以检测到使用者相对于微波传感器的垂直角度；根据所示水平角度、所述垂直角度和距离，从而可以判断使用者相对于以微波传感器为原点所建立的三维空间坐标系中的具体位置，从而获取三维空间坐标系中的坐标值，得到使用者的具体定位信息。

S5123：根据使用者的定位信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，捕捉使用者动态信息。

具体地，在本步骤中，根据使用者的定位信息并实时对使用者的当前姿态进行空间三维检测，由此，根据多个平面的角度信息和距离信息，实时捕捉使用者的动态信息，进而结合动态信息获取使用者的当前姿态。根据多个平面角度信息，获取使用者的高度信息。若检测到使用者站立于所述智能马桶前，则将使用者状态认定为站立姿态，所述智能马桶将根据使用者的使用时长再进行判断是否为男士小便，从而决定是否选择小冲水量模式。根据使用者的高度信息，若检测到使用者座在所述智能马桶上，则将使用者状态认定为入座姿态，所述智能马桶将根据使用者的使用时长再进行判断使用者的大小便情况，从而选择大冲水量模式或小冲水量模式。

在本发明的另一个实施例中，所述若使用者姿态为入座姿态，则在使用者远离智能马桶后，根据使用者入座时长，进行小冲水量模式或大冲水量模式进行冲水的步骤，具体包括：

S531：在使用者入座后，根据频谱信息的变化，获取使用者维持入座姿态后的时长；

具体地，在本步骤中，在使用者入座后，所述微波传感器持续获取频谱信息，根据频谱信息的变化，获取使用者动态信息。由此，根据使用者动态信息，当使用者动态信息发生变化且远离所述微波传感器时，则使用者入座姿态发生变化，判断为使用者如厕结束，同时根据使用者动态信息，获取使用者维持入座姿态的时长。

S532：若使用者维持入座姿态的时长小于冲水时间阈值，则启动小冲水量模式进行冲水；

具体地，在本步骤中，通过智能马桶预先设置一个冲水时间阈值，当使用者维持入座姿态的时长小于冲水时间阈值，则认定为小便模式，则启动小冲水量模式进行冲水。

S533：若使用者维持入座姿态的时长大于冲水时间阈值，则启动大冲水量模式进行冲水。

具体地，在本步骤中，当使用者维持入座的时长大于冲水时间阈值，则认定为大便模式，则启动大冲水量模式进行冲水。

在本发明的另一个实施例中，所述通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号的步骤，具体包括：

S310：通过初始发射电磁波感应使用者，获取初始反射电磁波；

本步骤中，由于发射电磁波的频率不会因反射发生变化，故初始发射电磁波的频率等于初始反射电磁波的频率，初始反射电磁波的频率可根据初始发射电磁波的频率获得。

S320：基于频率为扫频的发射电磁波，获取在接收初始反射电磁波后的当前发射电磁波的频率，

本步骤中，由于所述微波传感器发射的发射电磁波为扫频信号，频率从高到底连续变化，获取初始发射电磁波的频率后，继续获取下一周期的发射电磁波频率，进而使二者之间作差。

S330：通过将初始反射电磁波与当前发射电磁波进行混频，获取中频信号，所述中频信号的频率为：Δf＝|f₁-f₂|，其中f₁为初始反射电磁波的频率，f₂为当前发射电磁波的频率。

具体地，在本步骤中，由于所述微波传感器发出的发射电磁波频率为扫频，其频率的波形呈周期性变化，当经过一段时间接收到初始反射电磁波时，当前发射电磁波的频率与初始反射电磁波的频率已经发生变化，通过将初始反射电磁波与当前发射电磁波进行混频，获取中频信号。

在本步骤中，通过预设的固定频率范围，并预先设置的调制波形的周期和带宽，根据发射电磁波发射至使用者处并发射回微波传感器的时间，得到使用者到所述微波传感器的距离，具体地，由于调制波形的斜率为：k＝B/T；其中，B为带宽，T为周期，二者均为预先设置的已知量，故可求得调制波形的斜率。

电磁波传播的路程为：s＝ct；其中，c为电磁波传播的速度即光速，t为发射电磁波发射至使用者处并发射回微波传感器的时间。进一步地，发射天线发射的发射电磁波与接收天线接收到反射电磁波频率相同。

由于发射电磁波的频率为扫频，当时间经过了t后，当前发射电磁波的频率已经被重新调制，混频器将经历时间t后的发射电磁波与反射电磁波进行混频，得到一个中频信号，如公式所示：Δf＝|f₁-f₂|；该中频信号的频率为当前发射电磁波频率与反射电磁波频率的差值，其中，f₁为反射电磁波频率也即初始的发射电磁波频率，f₂为经历时间t后的当前发射电磁波频率，Δf为调制频率的变化量。

进一步地，经过了时间t后调制频率的变化量为Δf，而调制波形的斜率k＝B/T，那么：

电磁波的传播速度为光速c，所以在t时间内，电磁波传播的路程为s＝ct；故使用者的距离为电磁波传播路程的一半，即：

由此，可以求得使用者与所述微波传感器之间的距离。

本发明还提供一种智能马桶系统，包括智能马桶和安装于所述智能马桶后方的微波传感器，所述微波传感器与所述智能马桶连接。所述微波传感器包括模数转换单元、信号处理单元、信号输出单元和微波单元。所述微波单元用于发射与接收微波信号，所述微波单元与所述模数转换单元连接，所述模数转换单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述信号输出单元连接，所述信号输出单元与所述智能马桶连接。

其中，微波单元包括发射天线、接收天线、振荡器、调频器、混频器和信号滤波放大器。所述振荡器与所述调频器连接，所述调频器与所述发射天线和所述混频器连接，所述混频器与所述接收天线连接，所述混频器与所述信号滤波放大器连接，所述信号滤波放大器与所述模数转换单元连接。

具体地，在本实施例中，通过所述振荡器预设一个固定频率，由调频器根据所述固定频率进行连续调频，并通过所述发射天线对外发射发射电磁波；

当由发射天线所发射的发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由所述接收天线接收该反射电磁波；

所述混频器结合初始反射电磁波与调制后发射电磁波进行混频，混频后得到中频信号。所述信号滤波放大器将所述中频信号放大后发送至所述模数转换单元，所述模数转换单元将放大后的中频信号进行转换，将模拟的中频信号转换为数字中频信号。所述模数转换单元发送至数字中频信号至所述信号处理单元，所述信号处理单元对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息；其中，频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息。所述信号处理单元再将所述频谱信息发送至所述信号输出单元，所述信号输出单元与智能马桶连接，将该频谱信息发送至所述智能马桶。

所述智能马桶根据频谱信息，获取使用者动态信息，并通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式。

在本发明的另一个实施例中，还提供一种可读存储设备，包括一个或多个处理器、存储器；以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储到存储器中，并且被配置成由一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行所述基于FMCW的智能马桶冲水方法的控制指令。

所述可读存储设备可以是终端，其内部结构图可以如图11所示。该可读存储设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该可读存储设备的处理器用于提供计算和控制能力。该可读存储设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该可读存储设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现基于FMCW的智能马桶冲水方法。该可读存储设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述方法基于智能马桶和微波传感器，所述方法包括：

根据预设的固定频率范围，控制微波传感器进行连续调频，向外发射发射电磁波；

当发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由微波传感器接收反射电磁波；

通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号；

对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息；其中，频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息；

根据频谱信息，获取使用者动态信息，通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式。

2.根据权利要求1所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述根据频谱信息，获取使用者动态信息，通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式的步骤，具体包括：

根据频谱信息获取使用者动态信息，获取使用者当前姿态为站立姿态或入座姿态；

若使用者当前姿态为站立姿态，根据使用者的站立时长，判定是否为男士小便，并决定在使用者远离智能马桶后是否启动小冲水量模式进行冲水；

若使用者姿态为入座姿态，则在使用者远离智能马桶后，根据使用者入座时长，进行小冲水量模式或大冲水量模式进行冲水。

3.根据权利要求1所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息的步骤，具体包括：

获取中频信号，对所述中频信号进行滤波放大，得到幅值放大的中频信号；

对幅值放大的中频信号进行数模转换，将模拟的中频信号进行转换，得到数字中频信号；

将数字中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到使用者的频谱信息。

4.根据权利要求3所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述将数字中频信号进行快速傅里叶变换处理，得到使用者的频谱信息的步骤，具体包括：

预先设置采样频率，基于以下公式三，获取频率信息：

其中，F为采样频率，N为在一快速傅里叶变换周期中的采样点数，n为采样频点所对应的序号；

基于以下公式四，可以获得信号幅值信息：

θ_n＝arctan(y_n,x_n)，其中，其中，x_n为实部，y_n为虚部；

基于以下公式五，获取信号相位信息：

其中，N为在一快速傅里叶变换周期中的采样点数，n为采样频点所对应的序号；

基于预设的带宽与调制波形的周期，代入所述频率信息，通过以下公式二获取采样频率中各频点之间的距离信息：

其中，c为光速，F为采样频率，N为采样点数，n为频点对应的序号，T为调制波形的周期，B为带宽。

5.根据权利要求2所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述根据频谱信息获取使用者动态信息，获取使用者当前姿态为站立姿态或入座姿态的步骤，具体包括：

获取多个频谱信息，根据多个所述频谱信息，基于以下公式一获取待使用者的角度信息：

其中，l为反射电磁波之间的距离，R为接收天线之间的距离，λ为波长，Δα_n为多个反射电磁波之间的相位差；

根据所述角度信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，得到使用者动态信息；

根据所述使用者动态信息，判断使用者当前姿态。

6.根据权利要求5所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述根据所述角度信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，得到使用者动态信息的步骤，具体包括：

以所述微波传感器为原点建立空间坐标系；

根据使用者的多个平面角度信息和距离信息，获取使用者的定位信息；

根据使用者的定位信息，对使用者当前姿态进行空间三维检测，捕捉使用者动态信息。

7.根据权利要求2所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述若使用者姿态为入座姿态，则在使用者远离智能马桶后，根据使用者入座时长，进行小冲水量模式或大冲水量模式进行冲水的步骤，具体包括：

在使用者入座后，根据频谱信息的变化，获取使用者维持入座姿态后的时长；

若使用者维持入座姿态的时长小于冲水时间阈值，则启动小冲水量模式进行冲水；

若使用者维持入座姿态的时长大于冲水时间阈值，则启动大冲水量模式进行冲水。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法，其特征在于，所述通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号的步骤，具体包括：

通过初始发射电磁波感应使用者，获取初始反射电磁波；

基于频率为扫频的发射电磁波，获取在当前接收到初始反射电磁波后的当前发射电磁波，

通过将初始反射电磁波与当前发射电磁波进行混频，获取中频信号，所述中频信号的频率基于以下公式六获得：

Δf＝|f₁-f₂|，其中f₁为初始反射电磁波的频率，f₂为当前发射电磁波的频率。

9.一种智能马桶系统，其特征在于，包括智能马桶和安装于所述智能马桶后方的微波传感器，所述微波传感器与所述智能马桶连接；

所述微波传感器用于根据预设的固定频率，控制微波传感器进行连续调频，向外发射发射电磁波；

所述微波传感器用于当发射电磁波感应到使用者时，经使用者反射后产生反射电磁波，由微波传感器接收反射电磁波；

所述微波传感器用于通过当前接收到的初始反射电磁波与调制后的当前发射电磁波，混频后得到中频信号；

所述微波传感器用于对中频信号进行信号处理，得到使用者的频谱信息；其中，频谱信息包括频率信息、信号幅值信息和信号相位信息；

所述智能马桶用于根据频谱信息，获取使用者动态信息，并通过使用者动态信息判断使用者当前姿态，由使用者当前姿态选择不同的冲水模式。

10.一种可读存储设备，所述可读存储设备存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任意一项所述的基于FMCW的智能马桶冲水方法。

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