采用数字微波传感器和Arduino控制板实现人体探测系统

项目采用数字微波传感器和Arduino控制板，实现了一个人体探测系统，可探测到墙壁后方的活动物体。相较红外传感器、超声波传感器、PIR接近传感器和TOF飞行时间传感器方案，本项目对各种物体都敏感，而且传感器的数据不受室内温度的影响。

 

了解微波传感器

 

微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件，可感应物体的存在、运动速度、距离、角度等信息。

工作时，由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物体或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理，就实现了微波检测。

 

结构上，微波传感器主要由微波振荡器和微波天线组成。微波振荡器是产生微波的装置，如速调管、磁控管或某些固体元件等。微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输，再通过天线发射出去。为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构造和形状。

相较PIR等，微波传感器性能不受光纤、温度、湿度、噪声、灰尘等影响，广泛应用于液位检测、自动洗衣机、车速测量、自动门运动检测、车辆倾覆、生产线材料检测、自动灯控、高阶安防警报系统等。

 

数字微波传感器V2.0

 

使用来自DFrobot的重力数字微波传感器V2.0，可非接触检测任何物体，其读数不受温度、湿度、噪声、空气、灰尘和光线的影响，具有较强的抗RF干扰能力，非常适合苛刻环境应用。由于输出功率小，对人体没有伤害，加上检测范围宽，还可用来检测非生命类物体。

主要特点包括：

工作电压：5V

工作电流：最大60mA，典型值为37mA。

探测距离：2－16米，可通过电位器调节。

探测角度：与天线并行方向72°，垂直方向为36°。

发射： 辐射频率: 10.525GHz

调频精度: 3MHz

输出功率(Minimum): 13dBm EIRP

谐波辐射: <-10dBm

平均电流: 2mA typ.

脉冲宽度(Min.): 5uSec

负荷周期(Min.): 1%

接收:　敏感度(10dB信噪比) 3Hz to 80Hz带宽: -86dBm

3Hz to 80Hz 带宽簇: 10uV

天线增益: 8dBi

垂直3dB宽带: 36 degrees

红色LED为电源指示灯，黄色为信号指示LED。没有活动物体时间。由于没有信号，LED保持熄灭状态，只有传感器检测到活动物体时点亮。

 

 

黄色PCB为天线接口板，红色引线为5V，黑色线为GND，绿色线为输出。

 

微波传感器测试

 

微波传感器光线的“ON”持续时间可按照需求进行改变，采用更高阶微波传感器可获得更高级的性能体验。

项目要求每隔3秒，就通过OLED显示模块显示一下发生中断的数目。这些中断只在出现移动物体，或者人体时才发生，数字越大意味着运动越多。

微波传感器的探测距离为2－16米，模块上的蓝色电位器就是用来调节测量距离的。

 

为了测试传感器的性能，我将其固定在房门上，安装时要将微波传感器的正面朝向被检测区域，看看能否检测到弟弟的活动。

果然，传感器成功检测到了房间里的弟弟。

 

构建人体探测系统

 

该系统可探测躲藏于墙壁后方的运动物体及人类，参见该探测系统电路图。

 

系统中，微波传感器的输出引脚连接于D2开发板的D2引脚，5v及GND两个引脚分别连接于Arduino的5v和GND引脚。

电路图左上侧是基于LM7805稳压器的5V稳定电压，J1是DC电源的母头。这里，我们连接了一个12v适配器、锂离子电池，或者太阳能电池板。

电路图右侧为一个i2c接口的SSD1306 OLED模块，其SCL引脚和SDA引脚分别链接于Arduino板子的A5、A4引脚。

以下是本活体探测系统代码：

#include

#include //Timer interrupt function library

#include

#include

#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels

#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels

// Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins)

#define OLED_RESET -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)

#define SCREEN_ADDRESS 0x3D

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

int pbIn = 0; // Define interrupt 0 that is digital pin 2

int ledOut = 13; // Define the indicator LED pin digital pin 13

int number=0; //Interrupt times

volatile int state = LOW; // Defines the indicator LED state, the default is not bright

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(ledOut, OUTPUT);//

attachInterrupt(pbIn, stateChange, FALLING); // Set the interrupt function, interrupt pin is digital pin D2,

//interrupt service function is stateChange (),

//when the D2 power change from high to low , the trigger interrupt.

MsTimer2::set(3000, Handle); // Set the timer interrupt function, running once Handle() function per 1000ms

MsTimer2::start();//Start timer interrupt function

display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);

display.clearDisplay();

display.display();

}

void loop()

{

display.setTextSize(2);

display.setTextColor(WHITE);

display.setCursor(0,5);

display.println("status: ");

display.setTextSize(3);

display.setTextColor(WHITE);

display.setCursor(0,30);

display.println(number);

display.display();

display.clearDisplay();

delay(10);

}

void stateChange() //Interrupt service function

{

number++; //Interrupted once, the number + 1

}

void Handle() //Timer service function

{

number = 0;

}

 

这样，将电路安装于墙壁上，微波传感器系统就能探测到墙壁的另一方是否有人在活动，并将结果显示在OLED显示屏上。

审核编辑：汤梓红