一、關于方案的背景情況說明
對于智能馬桶來說，增加人體接近感應開蓋這個功能是提升用戶體驗方面的一個比較重要的事情。當用戶朝著馬桶走近的時候，馬桶的蓋板會自動地進行翻開動作，在用戶離開之后，蓋板會延時一段時間再合上，整個過程之中不需要用戶去進行接觸操作，這樣既能夠保證衛(wèi)生狀況又具有便捷的特點。
傳統(tǒng)的那些檢測手段都各自存在著一些不足之處：紅外熱釋電這種檢測方式受到環(huán)境溫度以及光照情況的影響是比較明顯的，在冬季的時候或者是在強光的環(huán)境之下很容易出現(xiàn)漏報或者誤報的情況;電容式的檢測方式需要人體靠近或者接觸相關設備，給用戶帶來的體驗感覺比較生硬;機械腳踏的方式會對整體的美觀程度造成破壞。
微波雷達憑借著具有非接觸、抗干擾以及能夠穿透非金屬材質(zhì)的這些特性，正在逐漸成為智能衛(wèi)浴在進行接近檢測時的一種主流的選擇。這篇文章是基于深圳唯創(chuàng)知音電子有限公司所生產(chǎn)的
WT4101B - C04L 低功耗微波雷達感應模塊，給出了一套完整的可以實現(xiàn)自動開蓋功能的方案。
二、有關核心器件 WT4101B - C04L 的簡要介紹
WT4101B - C04L 是一款具有低功耗特點的全集成的微波傳感器，它采用了已經(jīng)成熟的 CMOS
工藝和數(shù)模混合技術，在單芯片上面集成了微波收發(fā)信機、雷達中頻放大電路以及信號處理器，是屬于全集成 SOC。它的主要特性如下所述。
其感應距離在正向方面是1至14米，默認的感應距離是2米。工作頻率處于 5.725 至 5.875 GHZ這個范圍，是屬于 ISM
免許可頻段。發(fā)射功率是小于5分貝毫瓦的，能夠滿足免許可頻段的合規(guī)要求。工作電壓是4至12伏，工作電流最低的時候可以達到10微安，默認的工作電流是24微安，是非常適合依靠電池或者低功耗電源來長期進行工作的衛(wèi)浴設備的。模塊的尺寸是20mm×20mm×1.6mm，體積是比較小巧的，很容易隱藏在蓋板或者面板的里面。片上集成了自適應校準算法以及多重數(shù)字濾波功能，抗環(huán)境干擾的能力是比較強的，不會受到溫度、濕度、氣流、灰塵、噪聲以及明暗等情況的影響。模塊還內(nèi)置了感光檢測功能，能夠和光照強度進行聯(lián)動從而調(diào)節(jié)工作策略。
三、有關檢測原理的說明
這個模塊是基于多普勒效應來開展工作的。它會持續(xù)不斷地發(fā)射微波信號，并且接收人體反射回來的回波，通過對回波的頻率變化情況進行分析來判斷是否有移動目標在靠近。一旦檢測到人體在接近，OUT
引腳輸出的電平就會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，主控芯片根據(jù)這個情況來驅(qū)動開蓋電機或者翻蓋機構(gòu)進行動作。輸出信號支持 IO 與 PWM
這兩種形式，電平為0或者3.3伏，能夠直接和常見單片機的IO口進行對接。
四、關于系統(tǒng)方案的設計情況
供電的部分需要使用 4 至 12 伏的電源，要求把紋波控制在 100 毫伏的范圍以內(nèi)，避免電源干擾引發(fā)誤報的情況出現(xiàn)。模塊通過 OUT
引腳向主控提供接近的信號，主控在完成去抖以及邏輯判定之后，控制電機把蓋板翻開，并且在人體離開感應區(qū)之后按照設定的延時時間合上蓋板。
安裝位置建議將模塊嵌入蓋板內(nèi)側(cè)或馬桶圈前緣的非金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)，天線輻射面朝向人體來向。注意天線板與金屬平面保持 2.5 至 12
毫米間距，不可緊貼或接觸金屬;天線前方不要布置金屬、玻璃或陶瓷，以免削弱感應效果。同時應讓天線面避開驅(qū)動電源、整流橋、變壓器等大功率器件，并盡量與路由器、藍牙、WiFi
等無線模塊拉開 1 米以上距離。
模塊上電后具備自檢時序：GPIO 先輸出高電平約 3 秒，再轉(zhuǎn)低電平約 1.5
秒，隨后進入正常感應模式。軟件設計需預留這段穩(wěn)定時間，避免上電瞬間誤觸發(fā)。
五、參數(shù)配置與調(diào)試
感應距離與輸出延時均可通過串口指令靈活調(diào)整，調(diào)試可參考 WT4101B-C04 串口指令說明 v1.0
及其上位機工具。針對智能馬桶，建議將感應距離設為 1 至 2 米，使人在距馬桶約一步遠處即可觸發(fā)開蓋，又不會因探測過遠而誤開鄰位。輸出延時默認 1
秒，可按使用習慣適當延長，防止短暫離開造成頻繁開合。集成感光功能可在暗光環(huán)境下降低靈敏度或進入更省電模式，進一步平衡體驗與功耗。
若多臺馬桶并排安裝，相鄰雷達模塊間距應大于 2 米，避免相互串擾導致偶發(fā)誤報。
六、方案優(yōu)勢
本方案具備非接觸衛(wèi)生、環(huán)境適應性強、超低功耗、體積精巧、抗干擾可靠等優(yōu)勢。相比紅外與電容方案，微波雷達不受光照和溫濕度干擾，穿透非金屬蓋板穩(wěn)定工作，配合
WT4101B-C04L 的小尺寸與串口可調(diào)特性，能顯著縮短智能馬桶的開發(fā)周期并提升產(chǎn)品一致性。
七、使用注意事項
安裝時天線板與金屬平面保持 2.5 至 12 毫米距離，不能緊貼金屬。天線前方避免金屬、玻璃、陶瓷遮擋。供電紋波建議小于 100
毫伏。多個雷達同場安裝間距大于 2 米。與無線通訊模塊共存時拉開間距，與路由器等大功率設備保持 1
米以上。天線面避開驅(qū)動電源與大電流電路，以免誤報或改變感應范圍。