语音提示器雷达感应方案从红外到雷达的技术升级与模组选型指南

语音提示器的应用范围正在从传统的走廊迎宾、卫生间提示扩展到病房监测、智能座便器、安防联动等更复杂的场景。由于应用需求的不断提升，传统的红外(PIR)感应方案渐渐地暴露出了无法识别静止人体、受到环境温度影响、探测角度固定等问题。微波雷达技术由于具备存在检测、穿透遮挡、测距能力等特性，正在成为语音提示器感应方案的主流选择。本文从语音提示器开发者实际的需求出发，对比红外与雷达的技术上的不同之处，梳理低频、中频、高频这三类雷达模组的能力边界，并且给出针对性的选型建议以及方案。

一、语音提示器的感应技术迭代

语音提示器的核心的工作逻辑并不是特别的复杂。在过去的二十多年的时间里，大多数的产品所采用的是热释电红外传感器(PIR)。PIR传感器是通过检测人体红外辐射的变化来判断是否有移动的人的存在，它的成本是比较低的，接线也比较简单，在那种人走过就会响的基础场景当中是够用的。

但是在实际的运用过程之中，PIR(这是一种方案)存在着三个无法绕开的技术方面的限制。一、它仅仅只能检测移动情况，人站在传感器前面没有动作，PIR就无法检测到人存在，这在卫生间有人提示、病房监测这类场景当中可是非常致命的缺陷。第二点，PIR的灵敏度会明显地受到环境温度的影响，尤其是在夏天高温的环境当中，人体和背景之间的温差变小，感应的距离就会明显地变短。第三点，PIR的探测角度是固定的，通常在100度到120度之间，而且还容易受到空调出风口、暖气管等热源的干扰，在安装调试的时候需要反复进行调整。

微波雷达的工作原理是不一样的。雷达模组内部会发射微波信号，随后接收人体反射回来的回波。这就意味着即便人坐在那儿一动不动，雷达依旧能够持续地感知到，而这种场景在一些危险提示器下非常重要，比如一些危险地区，持续感应到有人在就持续的进行语音播报让人注意安全赶快撤离，如果附近有安保人员在的话持续听到语音提示音就知道有人停留，而传统的PIR方案，人一直不走也只播报一次。

二、低频、中频、高频雷达的能力差异与适用范围

当下唯创知音的雷达模组产品线依据工作频段可以被划分成为三类。需要进行说明的是，不同的频段的雷达在技术方面的实现存在着本质的区别，这直接关系到感应能力、功耗、成本以及能够获取到的数据的丰富程度。开发者需要依据产品的实际需求来进行选择，而不能简单地认为哪个好买就选择哪个。

低频雷达：专注移动检测，成本和功耗优势明显

低频雷达模组的工作频段低于24GHz，典型的代表包括WT4100B - C01、WT4101A系列(其中包含C01、C04、C04L三个型号)、WT4101b系列(包含C04L、C05两个型号)，一共有6款。这类模组的共同之处就是仅仅支持移动感应，不支持存在检测，没有测距的能力，输出的方式仅仅只有GPIO电平信号。

从参数方面来看，低频系列的感应距离统一为0到5米，工作电压在4到15V之间，工作电流在6到8mA之间。模块的尺寸处于15x15mm以及16x16mm这两种规格，其中尾号带有L的型号(比如WT4101A - C04L、WT4101B - C04L)的厚度仅仅只有1.2mm，是为超薄设备所设计的低高度版本。

这类模组所适合的应用场景是十分明确的，仅仅只需要检测有人走过来就可以了，并不需要知道人处于多远的位置，也不需要知道人是否还在停留。这类应用所涉及的典型产品包含走廊安全提示器、展厅展品语音讲解、商场广告机触发等相关情形。把 GPIO 输出直接和语音芯片的触发引脚进行连接，三根线(即VCC、GND、OUT)就能够完成硬件方面的对接，整个物料清单的成本是非常低的。

中频雷达具备检测以及测距的能力，可以覆盖多数中等复杂度的需求。

中频雷达工作在24GHz频段，有WT4102A系列的C01、C01L以及WT4102B系列的C01、C02，总共4款。和低频系列最大的一个区别之处在于，中频模组同时具备存在检测以及移动检测的功能，而且还拥有测距的能力，输出方式又增加了UART串口。

在参数这一方面，WT4102A系列的移动感应距离是从0米到8米，测距的精度是0.WT4102B 系列在感应距离上有了进一步的提升，具备检测 0 到 8 米，移动检测 0 到 12 米，测距精度提升到了 0.它们的工作电压都是处于4到12V这个范围之内的，模块的尺寸是23x14mm。

中频模组的 UART 串口输出是关键的升级之处。通过串口主控或者语音芯片可以获取到目标的距离、运动的状态等结构化数据，依据这些数据来实现更加灵活的播报逻辑。比如说检测到有人进入到5米范围之内的时候播送欢迎语，进入到1米范围之内的时候切换为详细的引导。当人处于区域之中静止不动的时候就持续地去进行上报存在状态，当人离开了之后就延迟那么一小会儿再把系统复位。在像卫生间有人/无人提示、智能门禁迎宾、病房监测这类场景当中，这是必须要的。

需要注意的是，中频模组的工作电流(45 到 55mA)明显高于低频系列(6 到 8mA)。要是产品是采用电池来供电的，就需要去评估续航时间是否可以满足需求，或者去考虑间歇供电的策略。

高频雷达具备毫米波高精度感知的功能，适用于复杂多目标的场景。

高频雷达的工作频段是在24GHz之上，属于毫米波传感这一范畴，目前存在着WT4102B-C03以及WT4102B-C03 BOX这两款产品。前者是标准的贴片封装，尺寸是23x14x1.2mm，后者是独立的外壳封装，方便不需要贴片安装的场合直接固定使用。

从规格书所给出的数据来看，WT4102B - C03系列的感应距离是所有模组当中最远的：存在检测1到10米，移动检测1到15米，测距的精度达到0.3米。输出的方式可是最为全面的，而且还可以支持GPIO、UART以及PWM这三种不同的方式。工作电流比中频系列还要更低，是10到15mA，工作电压也是4到12V。

0.3米的测距精度意味着语音提示器可以区分人在1米处和人在2米处，从而触发完全不同的语音内容。在自动贩卖机(远端播放广告、近处展示产品详情)、智能座便器(靠近时自动翻开、离开后冲水并播报)、多人区域识别等场景方面，它是有实际意义的。

而且高频模组里面内置了Cortex M0+ MCU以及配套的FLASH，属于完整的SoC系统，能够通过串口指令去调整感应距离、延时等参数，和上位机软件搭配起来方便地进行调试。对于需要进行精细调校的项目而言，这一个方面的能力是挺有用的。

三、按照应用场景来选型：三个典型需求的模组搭配建议

在实际的项目沟通过程当中，我们发现语音提示器的需求大致可以归为三类。每一种类型的技术有着不同的要求，所对应的模组的挑选以及对接的方式也各不相同。

需求一：人来就播走了就停

这是比较常见的语音提示器的场景。比如说走廊安全方面的提醒、展厅里面展品的讲解、商场导购的播报这类情况都算是人工智能语音应用的实例。它所具备的技术方面的要求那可并不复杂：只要检测到有移动的动作就进行触发，当人离开了感应区域之后就会自己自动地复位。无需进行检测操作，也无需去测量距离。

推荐的模组是WT4101A - C04(标准的贴片)或者WT4101B - C05(贴片)。要是外壳的空间比较紧张的话，那就选择WT4101A-C04L或者WT4101B-C04L(厚度是1.2mm)。

对接的时候雷达的OUT引脚是和语音芯片的触发IO进行连接的，是采用三线制的。低频模组的输出延时一般是可以进行调节的，建议把它和语音芯片的忙信号(BUSY)进行配合使用，不要让上一段语音还没有播完就触发下一段。

需求二：需要持续知道人在不在

在卫生间有人无人的状态提示、病房患者监测、安防区域入侵检测这类场景当中，要求语音提示器能够检测到有人进来，并且在人静止不动的时候持续感知有人在场。这类需求用低频模组是没办法达成的，得要换成中频或者高频才行。

推荐模组WT4102B - C01或者WT4102B - C02。在进行检测的时候，能够检测到距离为8米，移动检测的距离为12米，测距的精度为0.5米，在室内场景里是足够好的。要是产品的供电是依靠电池的话，那就得着重去评估45到55mA的工作电流对于续航所产生的影响。

在进行对接的时候，采用的是UART串口的方式来进行连接的。雷达通过串口持续地去上报目标的状态，主控的MCU解析完毕之后决定语音芯片播送什么样的内容。建议设置合理的存在检测延时(通常 2 到 5 秒)，避免人偶尔微动造成频繁状态切换。

在进行内容的制作以及发布的时候，需要依据不同的距离状况来播放不一样的内容。

在自动贩卖机的场景当中，位于远处播放广告语，在近处播放产品介绍，在智能座便器的场景当中，依据目标以及传感器的距离来选择不同的语音内容，在多区域导览系统的场景当中，根据目标与传感器的距离来选择不同的语音内容。那么这就需要模组具备较高的测距精度以及多种输出方式。

推荐的模组是WT4102B - C03(采用贴片安装方式)或者WT4102B - C03 BOX(拥有独立的外壳，无需进行PCB设计)。测距精度为0.

其对应的接口情况是：存在一个引脚可以进行连接，所对应的类型是：GPIO。UART 方式可以获取精确的距离值以及目标状态，比较适合需要复杂逻辑判断的场景。PWM方式是通过脉冲宽度来编码距离信息的，对于主控资源的占用相对较少，比较适合简单分级触发的场景。在产品开发的初期运用上位机软件去调校感应距离的阈值以及延时的参数，以此来寻找到最为适合实际使用环境的配置。

四、实际工程中的几个关键注意事项

在与客户的技术支持进行沟通交流的时候，存在着好几个问题不断地反复出现，值得在此专门进行提及。

供电的纹波情况，是指在电力传输过程中所出现的电压波动状况。

雷达模组对于供电的质量是有一定的要求的。在进行测试之前，先来了解一下这个电源适配器的相关情况。要是语音提示器采用开关电源来供电，那么电源的纹波过大就有可能致使雷达出现误报的情况。建议在雷达供电的引脚附近添加LC滤波电路，或者在方案评估的时候去测量电源有没有符合要求的纹波情况。

安装位置与遮挡物

微波信号能够穿透亚克力、塑料、木材这类非金属材料，但是却无法穿透金属。产品外壳要是使用了金属件，得让金属件不在雷达天线的正前方。雷达的天线辐射面需要避免被大电流电路，例如驱动电源的整流桥、变压器、电感等所覆盖，不然就会干扰天线正常工作。

多模组同场安装

要是同一个空间里安装了好几个雷达语音提示器(比如一条走廊上每隔几米就有一个)，规格书建议安装的间距大于2米。距离过近可能会致使相邻模组之间产生串扰，从而引发误报的情况。

在进行设计的时候，需要考虑在有限的空间范围内，如何让这些模块相互兼容并且协同工作。

要是语音提示器同时具备WiFi、蓝牙、NB-IoT等无线通讯模块，那么得留意雷达和这些模块之间的安装间距。规格书会建议与路由器、无线热点这类大功率的无线设备保持1米以上。在软件层面，可以添加抗干扰的策略，比如说先进行多次检测确认之后再触发语音。

PCB铺铜处理

在贴片安装的雷达模组的场合之下，建议将PCB上模组下方区域的铜皮进行镂空处理，以避免金属铜层对天线的辐射方向图以及感应距离产生影响。这一点在PCB设计阶段就得予以考虑，不然后期改板的成本就会比较高。

五、关于本文与作者

本文章由深圳唯创知音电子有限公司的技术团队撰写而成。公司提供语音芯片以及传感模组和屏幕驱动IC，主要研发方向是人机交互，月产能超过3000万片，累积拥有超过90项核心技术专利，服务超过30,000家企业客户。