一种智能饮水杯设计
基于单片机的智能学生水杯的设计与实现
基于单片机的智能学生水杯的设计与实现摘要:为了更好的实现对水杯的智能化设计，给人们一个健康、安全的日常饮水环境提供保障，设计并开发了本次基于单片机的智能学生水杯。
可以实时地获得温度的实时数据，可以在上位机中对系统阈值进行设定，还可以对系统检测到的温度进行实时显示。
可以对学习计划进行设置，并进行提示等功能，从而达到了智能学生水杯设计的目标，实现了对智能学生水杯信息的高效整合和利用，提升了信息资源的使用效率，促进了智能学生水杯的信息化管理，因此，它具有一定的研究意义。
关键词:单片机;传感器;后台管理;实时显示;中图分类号 TP 391 文献标识码 B0引言近年来智能硬件异军突起，智能硬件产品呈爆炸式发展，并深刻影响着人们的生活。
随着智能硬件的发展，智能水杯概念逐渐进入大众视野。
本设计力求设计一款适合学生的智能水杯，具有根据自动检测温度数据的功能，同时加入学习计时、学习数据汇总功能，水杯多功能的设计实现了智能学生水杯信息的有效整合和利用，提高了信息资源的利用效率，推进了智能学生水杯的信息化管理。
以美国、欧洲等发达国家为例，其对水杯环境监控检测的研究是比较成熟的，在国外的智能学生水杯研究中，都是根据不同需求来设计出不同的智能学生水杯。
智能学生水杯有很多种，大多以传感器模块实现自动采集和数据监控，以单片机系统来实现对整个功能模块的控制，从而实现水杯环境监控检测的良好效果[1]。
1系统总方案设计本系统所用到的技术分为下位机技术和App技术。
其中下位机技术包括STM32单片机技术、传感器技术、显示技术、WiFi无线通信技术。
App端技术包含SSM框架技术、VUE技术以及JAVA等技术。
智能学生水杯采用STM32主控制器为核心芯片，外围电路由温度传感器、蜂鸣器模块、舵机模块等模块组成。
系统总体结构图如下图1 所示。
图1 智能水杯系统结构图2硬件电路设计系统使用了RISC内核，工作频率是72 MHz，内部有高速存储器，内含高品质的通讯介面，可提供多种节能方式，确保低能耗的应用需求[2]。
智能水杯具体实施方案
智能水杯具体实施方案智能水杯是一款利用智能技术为用户提供水质监测、饮水提醒、健康管理等功能的智能产品。
下面是一个具体的实施方案，包括产品设计、技术实现和市场推广等方面。
一、产品设计1.外观设计：智能水杯应具有简约时尚的外观，采用高品质的材料，手感舒适，便于携带和使用。
2.容量设计：智能水杯的容量应根据用户需求来确定，一般可以设计为500ml或1000ml。
3.显示屏设计：智能水杯应设计有一块液晶显示屏或LED屏幕，用于显示水质信息、饮水量和其他相关内容。
4.传感器设计：智能水杯应配备水质传感器、温度传感器、倾斜传感器等，用于监测水质、水温和水杯的倾斜程度等信息。
5.通信模块设计：智能水杯应具备蓝牙或Wi-Fi通信功能，与手机等设备进行无线连接，实现与用户的交互和数据传输。
二、技术实现1.水质监测：智能水杯内置水质传感器，可以实时监测水质，包括PH值、重金属含量等。
在水质不符合标准时，智能水杯会发出声音或闪烁提醒用户。
2.饮水提醒：通过用户手机APP设置饮水目标和提醒时间等参数，智能水杯可以根据用户的饮水情况发出提醒，以帮助用户养成良好的饮水习惯。
3.健康管理：智能水杯可以记录用户的饮水量、饮水频率和饮水时间等数据，并通过手机APP进行统计和分析，帮助用户了解自己的饮水习惯，并提供相应的健康建议。
4.智能互联：智能水杯通过蓝牙或Wi-Fi与用户的手机等设备进行连接，可以将饮水数据同步到手机APP上，实现数据的互通和交流。
三、市场推广1.市场调研：在推广智能水杯之前，需要进行市场调研，了解用户对智能水杯的需求和偏好，分析市场潜力和竞争对手情况，以制定合理的市场推广策略。
2.线上推广：通过互联网渠道，包括社交媒体、电商平台等，进行线上宣传和推广，以吸引用户的关注并促使线上销售。
3.线下推广：通过参加科技展览、健康类展会等活动，结合媒体报道和促销活动，向用户展示智能水杯的功能和优势，并进行线下销售和推广。
多功能水杯设计范文
多功能水杯设计范文首先，多功能水杯具备保温保冷功能。
杯体采用双层真空设计，能够有效保持冷饮的温度，让人在炎热夏季也能够畅饮冰凉的饮品。
而在寒冷的冬天，它又能够有效地保温，让人在户外活动时享受温暖的饮品。
同时，多功能水杯还配备了精确的温度控制装置，可以根据个人喜好来调整饮品的温度，提供更加个性化的服务。
其次，多功能水杯还具备智能互联功能。
通过与手机连接，可以实现多种智能控制，如一键开启保温、调整饮品的温度和发送温度提醒等。
通过配备的传感器，多功能水杯还能够监测用户饮水量，并生成报告，提醒用户适时补充水分，保证身体健康。
此外，多功能水杯还可以与智能家居系统连接，实现自动化控制，为用户带来更加智能化的生活体验。
除了保温保冷和智能互联功能，多功能水杯还具备便捷的储物空间。
在设计上，它采用一体化的结构，增加了内部空间的利用率。
除了可以放置饮品，多功能水杯还可以放置一些小型物品，如手机、钱包、钥匙等。
这样，用户在短时间外出时，无需再随身携带多个物品，只需带上多功能水杯，就能够满足他们的日常需求。
另外，多功能水杯还具备环保性能。
它采用可再生材料制作，材质安全无毒，将有害物质降到最低，符合环保要求。
同时，它还具备自洁功能，通过内部的杀菌装置，能够有效抑制细菌的繁殖，保证饮品的卫生安全。
此外，多功能水杯还具备高度耐用性，可以反复使用，减少了一次性饮品容器的使用，有助于减少塑料垃圾对环境的污染。
总的来说，多功能水杯是一种集保温保冷、智能互联、储物和环保性能于一身的创新设计产品。
它通过实用的功能和人性化的设计，为用户提供了更加便捷舒适的使用体验，同时也符合环保的理念。
相信未来，多功能水杯会成为人们生活中不可或缺的一部分。
一种新型多功能水杯的设计
一种新型多功能水杯的设计
该水杯采用了独特的材质和结构设计。
杯身采用食品级高分子材料制成，具有良好的
耐热性和耐寒性。
杯身内部采用磁悬浮技术，可以将水分子悬浮在空气中，增加水分子的
活性和健康价值。
该水杯具有智能感应功能。
水杯底部配备了智能感应器，可以根据水杯中水的温度自
动调节水温。
当水温过高时，水杯会自动降温，保证水的舒适温度；当水温过低时，水杯
会自动加热，保证水的温度适宜。
该水杯具有多种功能。
水杯上配有一块触摸屏电子显示屏，可以显示水杯中水的温度、喝水量以及健康状态。
该水杯内置了蓝牙功能，可以与智能手机等设备连接，实现智能识
别和数据传输。
第四，该水杯设计了多个嵌入式的便捷功能。
水杯顶部设计了可拆卸的滤网，可以过
滤水中的杂质和异物，提供更干净、健康的水源。
水杯侧面设置了便携式无线充电功能，
可以给智能手机等设备进行无线充电。
水杯底部还设计了一个小型隔热杯套，可以用于保
温饮品，并起到防烫手的作用。
该水杯具有良好的可持续性。
该水杯的材料全部可回收，不会对环境造成污染。
水杯
的设计考虑到了使用寿命的延长，可以通过更换零部件来修复和更新，减少资源浪费。
这种新型多功能水杯的设计具有独特的材质和结构，智能感应功能和多种便利功能，
以及良好的可持续性。
它将为用户提供更加健康、便捷和智能的用水体验，也符合现代人
对生活品质的追求。
智能水杯方案设计
智能水杯方案设计按照现代人对于这类产品的需要的话，当然是希望具备水温度的直观显示方式，再加上喝水提醒就足以满足需要，这样的智能水杯针对的大部分人群来说，更为吸引。
而最近英唐众创研发的智能水杯方案中，智能水杯不仅拥有直观的温度显示方式之外，还具备了提醒功能，把温度显示以及饮水提醒直接设计在杯盖上，并以绿色、黄色以及红色的颜色灯带来展示不同的温度，从而防止喝水被烫伤，还有一点比较方便的就是不需连接手机设备，轻轻松松就可以看到当前的温度，比起以往的智能水杯来说，这样的显示方式特别的直观。
目录1.智能水杯简述2.智能水杯方案开发3.智能水杯的功能1.智能水杯简述众所周知，人类是体内含70%水份的高智能生物，水对于我们的重要性不言而喻。
当你感到口渴的时候,你的身体其实已经进入了脱水的现状.长期以往对身体产生了众多的负面影响。
每个人都会有一个水杯，它可能就放在你办公桌的一角。
可是谁能想得到，这样一个不起眼的东西也摆脱不了科技风潮。
如今黑科技的时期，连这小小的水杯也玩起了黑科技，基本就没有什么传统水杯的事儿了，既能给用户特别极致的喝水体验，同时它具有的多功能性，还能帮助人们培养良好的饮水习惯，看到这里是不是已经心痒痒的呢？接下来小编给大家介绍由英唐众创研发智能水杯方案。
2.智能水杯方案开发前几年，人们以为智能家居是噱头，这两年回过神来，才发现智能家居真的是人们将来的生活方式。
人就是这样，越是自己看不懂的事情，越喜欢否定。
很多传统的事物在不断被替代。
比如电饭煲，现在不少大品牌推出了智能电饭煲，即使你出门了，可以用手机控制家中的电饭煲要不要煮饭，十分实用而且神奇。
所以，智能家居的时期正在到来，你不懂就out了。
而智能水杯，它所改变的是人们以往没有规律、不健康的饮水习惯。
水事生命的源泉，健康饮水是关乎人们健康的一件大事。
然而，现代人生活节奏快，往往忙到忽视自己喝水。
而智能水杯有着智能提醒饮水功能，十分贴心，它还有水质监测款，可以监测水质，确保饮水安全健康。
小学生科技创新发明：智能显温饮水杯
科技创新大赛作品简介
作品名：智能显温饮水杯
创新点：利用电子体温计的测温范围，测量最佳饮水温度。
创新来源：早上去上学的时候，妈妈在我的保温杯里倒了一杯热水，上午课间休息时我打开保温杯，准备喝水，当我大口喝水时，我的舌头被热水烫到了。
当时，我就想能不能发明一种显示温度的水杯，这样喝水前我就知道这杯水烫不烫。
发明原理：利用电子体温计中的温度传感器感应水杯中的水温，显示最佳饮水温度。
制作过程：回家后我就把自己的想法说给了爸爸听。
爸爸和我一起上网查资料，了解到喝冷水会使胃肠黏膜突然遇冷而使原来开放的毛细血管收缩，使平滑肌痉挛，可能引起胃肠不适或绞痛甚至腹泻；同样的，过烫的水进入食道，会破坏食道黏膜和刺激黏膜增生，诱发食道癌。
而人体最佳饮水温度是35℃至38℃，我突然想到这和人体体温很接近。
爸爸说对，我们家里正好有一个闲置电子体温计，我们可以把它改造一下。
说干就干，我立即去把药箱里的电子体温计拿了出来，爸爸拿出里电子体温计的说明书，发现电子体温计的测量范围是32℃至42℃，正好接近最佳饮水温度。
接着，爸爸准备了饮水杯、螺丝刀、电烙铁、剪刀、双面胶、卡纸，打孔器，在我和爸爸的共同努力下一起制作了一个智能显温饮水杯。
制作及测试过程：
图1 ：制作过程图2：测试过程
图2注：①饮水杯中加入冷水②显示屏显示“Lo“表明水温低于32℃不适于饮用；
③饮水杯中加入热水④显示屏显示“Hi“表明水温高于42℃不适于饮用；
⑤在刚刚的热水中加入部分冷水⑥显示屏显示“36.4“表明水温适于饮用。
基于AT89C51单片机的智能水杯设计
进展 与展 望 【 Ｊ １ ． ２ ０ ０ ６ ，３ ７ （ ５ ） ： ｌ ５ ８ 。 ｌ ６ ２ ． ｆ ２ Ｉ Ｖ ａ ｎ Ｈ ｅ ｎ ｔ ｅ ｎ Ｅ Ｊ ，Ｈ ｅ ｍ ｍｉ ｎ ｇ Ｊ ，Ｖ ａ ｎ Ｔ ｕ ｉ ｊ １
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基于 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ 单片机的 智 能水杯设计
周凌翱 常州信息职 支 术学院
基 金项 目： 本文受江苏 高校品牌专业建 没 工程资助项 Ｐ Ｐ Ｚ Ｙ ２ ０ １ ５ Ａ ０ ９ ０ ） 资助。
能结合 ， 可以使饮水者方便 ， 快捷 ， 健康的饮
７ Ｋ 。
ｈ ａ ｒ ｖ ｅ ｓ ｉ ｔ ｎ ｇ ｃ ｕ ｃ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｅ ｎ ｈ ０ ｕ ｓ ｅ ｓ 【 Ｊ １ ．
款水杯具有测温、保温、提醒三重功能。因 到 × Ｔ Ａ Ｌ ２ 输出时的时钟信号。 该 温控 系统 中设 有两 个模 块 ， 分 别接于 单片机 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １的 Ｐ ３ ＿ ３ 和 Ｐ ３ ｌ ７口 ， 当 红灯
此本产品的设计可以解决市场需求 ， 将三重功 ２ ． ４ 加热 （ 制冷 ） 仿 真包括 温度检测、温度设定 、时 间设定及定时提醒的仿真。
温度检测 电路 仿真是 由 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ ｌ 单 片机 车金庆 常州工程职业技术学院 的 Ｐ １ ． ４端口连接温度传感器 ， 温度传感器感知 温度并通过液晶显示屏显示出来。 水温检测 模块实 现是通过 Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 传 感
一种基于单片机的多功能智能水杯设计
54 | 电子制作 2018年2-3月合刊健康也日趋被现代人重视与追求。
人体的一半以上都是水，所以饮水问题是影响人们健康的重要因素，而水温和水质则是健康饮水的关键。
在家时，水温和水质尚能保证，但平常工作或户外运动时则很难满足。
现如今，市场上面多数商家对水杯的制作，都只一味追求美观，实用方面却毫无新意。
生产出来的大多数的水杯无法调节温度，水杯中水的温度易受环境温度的影响，无法做到对水温的智能调控；在缺水的环境中，水一旦被喝完，人们无法及时补充水分等诸多问题，这些都无法满足生活节奏越来越快的现代人。
发展现状：目前智能温控水杯已逐渐开始占领市场，且基本设计已比较完善。
现有的智能温控水杯有两种不同类型的产品：一种是智能反馈提醒型，另外一种是智能温控型。
其主要的代表产品为：Cuptime智能水杯，其内置有温度感应器，杯身上的LED指示灯会根据液体温度呈现出不同的颜色，比如高于75摄氏度的水温会显示为红色，提醒使用者小心饮用。
当然，Cuptime智能水杯最为强大的功能是，它会记录被喝掉的每一滴水，让饮用者精确掌握每天的饮水量。
同时，Cuptime APP还会根据饮用者的年龄、身高、体重计算出针对于个人的每日饮水量，时刻提醒使用者每日至少还需要喝下多少水用以维持身体健康。
通过与手机同步，由手机推送提醒使用者喝水的信息。
同时，Cuptime 智能水杯也会通过自身来达到提醒的目的。
另一种即是Brugo智能控温水杯，能够解决日常饮茶或者饮水中过烫、过凉和易漏三大问题。
①可实现极速降温：控温杯采用双内胆设计，内层为长效保温区，外层为智能控温区，使用时将杯体倾斜，内胆中的高温饮品将会自动倾注25ml至外层，并在5至8秒内迅速降至人体饮用发热最佳温度65-76摄氏度。
②可实现长效保温：内层中的滚烫的饮品可以长效保持高温。
③完美密封：能够适应各种环境，即使是遇到颠簸等情况，也不会出现撒漏。
完美密封、自然饮用、急速温控多功能智能水杯。
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Artificial Intelligence and Robotics Research 人工智能与机器人研究, 2019, 8(2), 83-89Published Online May 2019 in Hans. /journal/airrhttps:///10.12677/airr.2019.82010Design of an Intelligent Drinking CupShengyang Zhang, Jiale Zhou, Zonghao Guo, Yinzhong Xie*School of Automation and Electrical Engineer, Linyi University, Linyi ShandongReceived: Apr. 30th, 2019; accepted: May 16th, 2019; published: May 23rd, 2019AbstractWith the development of science and technology, intelligent drinking cup has entered daily life.According to people's living habits, intelligent drinking cup guides drinking water scientifically.Through research and design, it can work in different modes, have temperature measurement, measure the amount of water in the cup, calculate the amount of drinking water, remind, heat preservation, rich content display, and can be controlled by APP through Bluetooth and mobile phone connection. The system uses STC15W4K56S4 MCU of STC Micro Company as the control core, DS18B20 temperature sensor to measure temperature, thin film piezoresistive tactile sensor to measure the weight of water in the cup, a wireless charging system is designed between the bottom of the cup and the base of the smart cup, and the function of human infrared induction set-ting is operated. The prototype shows that the intelligent design function improves the traditional water cup and adds science and fashion to people's modern life.KeywordsIntelligent, Electronic Design, Single Chip Microcomputer System, Wireless Charging一种智能饮水杯设计张盛阳，周家乐，郭宗昊，谢印忠*临沂大学自动化与电气工程学院，山东临沂收稿日期：2019年4月30日；录用日期：2019年5月16日；发布日期：2019年5月23日摘要随着科技的发展，智能化已经走进日常生活，智能饮水杯根据人们的生活习惯科学引导饮水，通过研究设计出一款可以不同模式工作，具有测温、测量杯内水量、计算喝水量、提醒、保温、丰富内容显示，*通讯作者。
张盛阳 等并能通过蓝牙与手机连接用APP 控制的智能饮水杯。
系统采用宏晶科技公司的STC15W4K56S4单片机为控制核心，DS18B20温度传感器测温，薄膜压阻式触觉传感器测量杯内水的重量；在杯体底部与智能杯底座间设计了无线充电系统；通过人体红外感应设定功能操作。
样机表明，设计功能智能化改进了传统水杯，为人们的现代生活添加了科学和时尚。
关键词智能化，电子设计，单片机系统，无线充电Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言在如今科技飞速发展的时代，智能家具在传统家具功能保留完好的基础上不断优化，普通百姓也从中获得无限的乐趣[1] [2]，智能电视、全自动洗衣机、自动调节冰箱，用手机APP 控制的烤箱选择烘焙大师的智能菜谱等等，都便捷了我们的生活，带来了乐趣。
人们在繁忙的工作生活中，时常忘记喝水，当感到口渴时，身体已经缺水[3]，通过对市场智能水杯性能研究，以方便生活，利于健康为理念，利用自动化知识设计出一款以单片机为控制核心的可以设定喝水时间提醒、水量显示和提醒、水温显示、个人饮水信息采集分析，通过蓝牙通讯模块与手机APP 通信等功能，合理提醒科学饮水的多功能智能水杯。
2. 电路系统设计方案智能水杯设计以单片机为控制核心[4]，包括显示模块、压力传感器、电阻电压转换模块、蓝牙模块、人体热释电感应模块、无线充电模块、稳压模块、温度传感器等功能模块[5] [6]。
如图1所示。
由于STC15W4K56S4单片机为宏晶科技公司生产的一款高速、高可靠、低功耗性增强型51单片机[7]，机器周期可达1 T ，工作电压适应范围宽：2.5~5.5 V ，无需编程器利用ISP/IAP 系统在线编程，提供8通道10位高速ADC ，8路可复用为8路D/A 的PWM 发生器，内部集成一组ISP 总线、一组高速SPI 同步串行通信端口。
Figure 1. Block diagram of system control structure图1. 系统控制结构框图张盛阳 等电源系统使用5 V 锂电池供电并设计了无线充电装置保证正常工作用电及保温。
无线充电装置采用电磁谐振式结构[8]，由能量发射系统和能量接受系统两部分构成，如图2所示。
能量发射系统的信号发生器和驱动电路产生200 KHz 的谐振开关信号、将整流滤波后的高频逆变信号产生高频谐振、送入发射线圈，发射装置嵌入在被座内，与工频交流电相连接。
能量接收系统嵌入在智能杯底部，由接收线圈、高频谐振、整流滤波电路组成，输出电能同时提供单片机系统工作和锂电池充电。
Figure 2. Structural block diagram of wireless charging system图2. 无线充电系统结构框图稳压模块设计中选定TI 公司的TPS63020为核心的稳压模块，TPS63020是一款高效、使用外围电路简单的Buck-Boost 转换芯片，输入电压范围1.8~5.5 V ，输出电压1.2~5.5 V 可调，最高效率96%，输出电流可达1.5 A ，器件的静态电流小于50 μA ，带过温保护和过压保护功能。
水温测量采用达拉斯公司生产DS18B20线式温度传感器，TOP-2封装，可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5℃，设计中其数据线与单片机引脚P2.0口连接使用“一线式”数字通讯[9] [10]。
测重模块使用RFP602薄膜压阻式触觉传感器，感应范围20 g~6 Kg ，灵敏度可调，尺寸小。
压力通过传感器变形转换为电阻变化，通过电阻转换电压电路后，经AD 模块完成数字化压力参量，计算后得到对应杯中水的质量。
调温模块：调温模块为加热功能，智能水杯放在杯座上(充电状态)时，可以设定杯内饮用水的温度范围，温度低于设定温度时，将给加热电阻供电，达到设定温度切断加热电阻上电流，加热电阻的电流由整流后的滤波电路提供，但通断有单片机对晶闸管MCR-100发送导通信号控制。
按键模块：因为杯体外壳面积有限，又要考虑取用方便，设计了两个独立式按键，分别与单片机P2.2、P2.1引脚连接，一个是功能转换按键，另一个是确认按键，当无蓝牙无线连接控制时功能选择。
蓝牙(Bluetooth)是一种无线通讯技术标准，实现固定设备和移动设备间短距离数据交换。
日常生活中，通过蓝牙设备不需要麻烦的插拔连接就可以下载歌曲、电影、电子书或传输资料。
设计中单片机以UART 串口通过HC06蓝牙模块实现与人们的手机相连，接收到饮水提示和信号，方便饮水需求。
连接成功后，系统自动切换到无线传送状态。
显示模块：智能水杯通过显示器向使用者显示丰富的饮水信息，市场上常见的有LCD1062，LCD12864，SDWe070C06等，普通LCD1602、LCD12864和SDWe070C06都引脚过多，体积相对水杯巨大，无法安放，考虑使用类似智能手环简单显示器，但市场搜索不到，查询均为定制产品，无法购买， 最后综合考虑使用OLED (Organic Light-Emiting Diode ，有机发光二极管)显示器，OLED12864显示器具有低功耗、张盛阳等内置字模，通过编程指令控制显示亮度、对比度、开关升压电路等，与单片机方便连接、控制，市场有小型0.96寸显示屏，适合智能水杯设计需要，显示主要内容如图3所示。
用户可通过按键或者蓝牙连接选择显示内容和工作方式。
(a) 普通饮水模式；(b) 生病饮水模式；(c) 24小时内喝水总量；(d) 饮水提醒；(e) 吃药用水提醒；(f) 建立蓝牙通讯；(g) 工作模式选择Figure 3. The content of LCD Display图3. 液晶显示器显示内容选用HC-SR505小型人体红外感应模块感应人手是否接近饮水杯，作为单片机唤醒信号，有人体感应后则显示器显示，各预设功能开关打开HC-SR505是基于红外线技术的小型人体红外感应模块，超小体积，灵敏度高，可靠性强，可低电压工作，广泛应用于自动感应电气设备中。
人进入其感应范围则输出高电平，并且该模块具有可重复触发方式，即输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。