CN211856894U

CN211856894U - 一种智能马桶用的微波雷达传感器电路

Info

Publication number: CN211856894U
Application number: CN202020317983.2U
Authority: CN
Inventors: 洪盛国; 邓鹏飞; 黄武文
Original assignee: Shenzhen Yusheng Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Yusheng Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2030-03-13

Abstract

本实用新型公开一种智能马桶用的微波雷达传感器电路，包括MCU模块、与MCU模块电性连接的射频模块、信号处理模块，以及用于为传感器供电的电源模块；所述射频模块还与信号处理模块电性连接，射频模块包括射频芯片、与射频芯片电性连接的发射天线及接收天线。本实用新型首先通过射频模块接收从目标反射回来的第二微波信号，并与第一微波信号混合成中频信号，然后MCU模块从经信号处理模块处理后的中频信号中提取目标的位置信息，从而实现对目标距离的感应探测，解决常规的雷达传感器不能检测静态目标的位置信息的问题，且改进了射频模块探测范围的角度，提高探测的精度，设计合理、成本低、实用性强。

Description

一种智能马桶用的微波雷达传感器电路

技术领域

本实用新型涉及雷达传感器技术领域，尤其涉及一种智能马桶用的微波雷达传感器电路。

背景技术

现有的智能卫浴产品中(如智能马桶等)，普遍采用的是CW模式(调频连续波)雷达传感器，主要包含5.8Ghz频段、10.525Ghz频段、24Ghz频段等，其基本的工作原理是基于运动目标的多普勒现象进行检测工作的，有以下不足之处：

1)只能感应到有运动的目标，不能感应到静止的目标或微动目标；

2)只能确定雷达探测范围内是否有运动目标，而不能计算出目标具体的距离、位置信息；

3)雷达探测范围的角度过大，易产生误检，导致误开操作(如目标在马桶的侧边洗澡，雷达探测到并开启马桶冲水，浪费水资源)。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种智能马桶用的微波雷达传感器电路，该传感器首先通过射频模块接收从目标反射回来的第二微波信号，并与第一微波信号混合成中频信号，然后MCU模块从经信号处理模块处理后的中频信号中提取目标的位置信息，从而实现对目标距离的感应探测，解决常规的雷达传感器不能检测静态目标的位置信息的问题，且改进了射频模块探测范围的角度，提高探测的精度，设计合理、成本低、实用性强。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种智能马桶用的微波雷达传感器电路，包括MCU模块、与MCU模块电性连接的射频模块、信号处理模块，以及用于为传感器供电的电源模块；所述射频模块还与信号处理模块电性连接，射频模块包括射频芯片、与射频芯片电性连接的发射天线及接收天线；所述发射天线用于向目标发射第一微波信号，接收天线用于接收从目标反射回来的第二微波信号；所述射频芯片用于将该第二微波信号与第一微波信号混合成中频信号，并将该中频信号传输至信号处理模块；所述信号处理模块用于对该中频信号进行滤波及放大处理，并将处理后的中频信号传输至MCU模块；所述MCU模块用于将接收的中频信号处理成数字信号，并从该数字信号中获取目标的位置信息。

进一步地，所述发射天线发射的第一微波信号的范围与接收天线接收的第二微波信号的范围相互重叠，且为马桶正前方45℃空间区域。

进一步地，所述信号处理模块包括滤波处理单元、放大处理单元。

进一步地，所述滤波处理单元包括第一运算放大器、滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10、电阻R2、电阻R3、电阻R5；所述第一运算放大器的同相输入端依次与滤波电容C10、滤波电容C9连接，用于接收射频模块传输的中频信号；所述电阻R2的一端连接于滤波电容C9与滤波电容C10的公共连接端，电阻R2的另一端与第一运算放大器的输出端连接后并依次经滤波电容C8、电阻R3与放大处理单元连接；所述第一运算放大器的反相输入端连接于电阻R2与第一运算放大器输出端的公共连接端，电阻R5一端与电源模块连接，电阻R5的另一端连接于滤波电容C10与第一运算放大器同相输入端的公共连接端。

进一步地，所述放大处理单元包括第二运算放大器、电阻R1、电阻R4、电容C7、电容C11；所述第二运算放大器的反相输入端与电阻R3连接，第二运算放大器的同相输入端与电源模块连接；所述电阻R1的一端连接于电阻R3与第二运算放大器反相输入端的公共连接端，电阻R1的另一端与第二运算放大器的输出端连接后并依次经电阻R4、电容C11接地；所述电容C7与电阻R1并联。

进一步地，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的电平输出模块。

进一步地，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的信号指示模块。

进一步地，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的串口输入模块。

进一步地，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的手势识别模块。

进一步地，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的着座感应模块。

采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

1)通过MCU模块从经信号处理模块处理后的中频信号中提取目标的位置信息，从而实现对目标距离的感应探测，解决了常规的雷达传感器不能检测静态或微动目标的位置信息的问题，且无论目标尺寸大小，均可实现对目标距离的精确检测，检测精度高、应用范围广；

2)改进了射频模块探测范围的角度，避免产生误检，进而提高检测的精度，且设计合理、成本低、实用性强；

3)采用模块化设计，第三方可根据MCU模块获得的目标距离信息，增加马桶更多有用的功能，扩展性好；

4)通过着座感应模块可检测目标对马桶的使用状况，便于实现马桶的自动化冲水功能；

5)通过手势识别模块可便于目标对马桶进行相关的操作，无需接触按钮、自动化程度高、安全方便。

附图说明

图1为本实用新型的原理性框图；

图2为本实用新型的信号处理模块的电路图；

其中，附图标识说明：

1—MCU模块； 2—射频模块；

3—信号处理模块； 4—电源模块；

5—电平输出模块； 6—信号指示模块；

7—串口输入模块； 8—手势识别模块；

9—着座感应模块； 21—射频芯片；

22—发射天线； 23—接收天线；

31—滤波处理单元； 32—放大处理单元。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

参照图1至2所示，本实用新型提供一种智能马桶用的微波雷达传感器电路，包括MCU模块1、与MCU模块1电性连接的射频模块2、信号处理模块3，以及用于为传感器供电的电源模块4；所述射频模块2还与信号处理模块3电性连接，射频模块2包括射频芯片21、与射频芯片21电性连接的发射天线22及接收天线23；所述发射天线22用于向目标发射第一微波信号，接收天线23用于接收从目标反射回来的第二微波信号；所述射频芯片21用于将该第二微波信号与第一微波信号混合成中频信号，并将该中频信号传输至信号处理模块3；所述信号处理模块3用于对该中频信号进行滤波及放大处理，并将处理后的中频信号传输至MCU模块1；所述MCU模块1用于将接收的中频信号处理成数字信号，并从该数字信号中获取目标的位置信息。

其中，所述发射天线22发射的第一微波信号的范围与接收天线23接收的第二微波信号的范围相互重叠，且为马桶正前方45℃空间区域；所述信号处理模块3包括滤波处理单元31、放大处理单元32；所述滤波处理单元31包括第一运算放大器、滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10、电阻R2、电阻R3、电阻R5；所述第一运算放大器的同相输入端依次与滤波电容C10、滤波电容C9连接，用于接收射频模块2传输的中频信号；所述电阻R2的一端连接于滤波电容C9与滤波电容C10的公共连接端，电阻R2的另一端与第一运算放大器的输出端连接后并依次经滤波电容C8、电阻R3与放大处理单元32连接；所述第一运算放大器的反相输入端连接于电阻R2与第一运算放大器输出端的公共连接端，电阻R5一端与电源模块4连接，电阻R5的另一端连接于滤波电容C10与第一运算放大器同相输入端的公共连接端；所述放大处理单元32包括第二运算放大器、电阻R1、电阻R4、电容C7、电容C11；所述第二运算放大器的反相输入端与电阻R3连接，第二运算放大器的同相输入端与电源模块4连接；所述电阻R1的一端连接于电阻R3与第二运算放大器反相输入端的公共连接端，电阻R1的另一端与第二运算放大器的输出端连接后并依次经电阻R4、电容C11接地；所述电容C7与电阻R1并联；所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括分别与MCU模块电性连接的电平输出模块5、信号指示模块6、串口输入模块7、手势识别模块8、着座感应模块9。

本实用新型工作原理：

本实用新型采用ISM波段(24.0～24.25GHz)；射频芯片21的型号为BGT24ATR11；根据用户使用经验，用户在马桶正前方45℃范围内使用该马桶产品的可能性是最大的，因此，为提高雷达的探测精度，降低其他无用的探测信号的干扰，故重新设计了板载微带天线的阵列排布，使得发射天线22发射的第一微波信号的范围与接收天线23接收的第二微波信号的范围相互重叠，且为马桶正前方45℃空间区域，实现对马桶正前方45℃空间区域的探测，从而降低其余空间内的信号干扰，提高探测精度，便于用户实际使用。

具体的工作过程：首先由MCU模块中的DAC端口调制，调制方法采用LFMCW方法调制，通过射频模块2的发射天线22向外发射经调制后的第一微波信号，如果目标存在，则该第一微波信号的一部分会被目标反射回来(第二微波信号)，反射回的第二微波信号被射频模块2的接收天线23接收，然后，射频芯片21将第二微波信号与第一微波信号混合成中频信号(该中频信号包含有目标的距离特征)；随后，射频芯片21将该中频信号传输至信号处理模块3进行滤波、放大处理，处理后的中频信号被传输至MCU模块的ADC端口；随后，MCU模块1的ADC端口对该信号进行数字转换，得到数字信号，最后从该数字信号中提取出目标的距离、速度信息，进一步运算即可得到目标的位置信息；目标的距离信息获得后，通过串口输入模块7(用于接入外部设备，如马桶控制端等)传输至控制端，控制端根据该距离信息来进行后续的开盖、闭盖、冲水等动作。

电平输出模块5：用于接入马桶的驱动设备，如驱动马桶盖打开或关闭的驱动电机，或控制马桶冲水的电磁阀等。

信号指示模块6：包括信号指示灯，检测到有效目标后，给与亮灯提示。

手势识别模块8：改进传感器内部的电路，实现简单的手势识别的功能，用户无需操作按钮，即可实现马桶的开盖、关盖、开座圈等功能，避免触摸感染，安全方便。

着座感应模块9：可感应到用户是否坐在马桶垫上，实现自动化冲水。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，包括MCU模块、与MCU模块电性连接的射频模块、信号处理模块，以及用于为传感器供电的电源模块；所述射频模块还与信号处理模块电性连接，射频模块包括射频芯片、与射频芯片电性连接的发射天线及接收天线；所述发射天线用于向目标发射第一微波信号，接收天线用于接收从目标反射回来的第二微波信号；所述射频芯片用于将该第二微波信号与第一微波信号混合成中频信号，并将该中频信号传输至信号处理模块；所述信号处理模块用于对该中频信号进行滤波及放大处理，并将处理后的中频信号传输至MCU模块；所述MCU模块用于将接收的中频信号处理成数字信号，并从该数字信号中获取目标的位置信息。

2.根据权利要求1所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述发射天线发射的第一微波信号的范围与接收天线接收的第二微波信号的范围相互重叠，且为马桶正前方45℃空间区域。

3.根据权利要求2所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述信号处理模块包括滤波处理单元、放大处理单元。

4.根据权利要求3所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述滤波处理单元包括第一运算放大器、滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10、电阻R2、电阻R3、电阻R5；所述第一运算放大器的同相输入端依次与滤波电容C10、滤波电容C9连接，用于接收射频模块传输的中频信号；所述电阻R2的一端连接于滤波电容C9与滤波电容C10的公共连接端，电阻R2的另一端与第一运算放大器的输出端连接后并依次经滤波电容C8、电阻R3与放大处理单元连接；所述第一运算放大器的反相输入端连接于电阻R2与第一运算放大器输出端的公共连接端，电阻R5一端与电源模块连接，电阻R5的另一端连接于滤波电容C10与第一运算放大器同相输入端的公共连接端。

5.根据权利要求4所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述放大处理单元包括第二运算放大器、电阻R1、电阻R4、电容C7、电容C11；所述第二运算放大器的反相输入端与电阻R3连接，第二运算放大器的同相输入端与电源模块连接；所述电阻R1的一端连接于电阻R3与第二运算放大器反相输入端的公共连接端，电阻R1的另一端与第二运算放大器的输出端连接后并依次经电阻R4、电容C11接地；所述电容C7与电阻R1并联。

6.根据权利要求1所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的电平输出模块。

7.根据权利要求1所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的信号指示模块。

8.根据权利要求1所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的串口输入模块。

9.根据权利要求1所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的手势识别模块。

10.根据权利要求1所述的智能马桶用的微波雷达传感器电路，其特征在于，所述智能马桶用的微波雷达传感器电路还包括与MCU模块电性连接的着座感应模块。