本發(fā)明屬于凈水器制造領(lǐng)域，尤其涉及一種凈水器智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

凈水器是將自來水進(jìn)行凈化后提供給人們干凈、衛(wèi)生的飲用水的設(shè)備，目前的凈水器一般都有加熱和制冷功能，人們可根據(jù)自身需要獲取熱水和冰水。但隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，目前凈水器的功能已經(jīng)無法滿足人們的需要。需要有一款根據(jù)人們平常的飲水量、身體指標(biāo)給出健康建議的智能系統(tǒng)，以提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導(dǎo)服務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決原有凈水器功能比較單一，不能根據(jù)每個(gè)飲水者的個(gè)體情況給出健康建議，無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需要的技術(shù)問題；提供一種凈水器智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及其控制方法，其能采集每個(gè)飲水者的多種參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算分析后給出健康生活建議，并發(fā)送至飲水者的手機(jī)APP，提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導(dǎo)服務(wù)，而且用戶查看和使用都非常方便。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：本發(fā)明的凈水器智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，包括凈水器，所述的凈水器的出水口處設(shè)有流量計(jì)、溫度傳感器和水質(zhì)傳感器，凈水器上安裝有能拍攝接水者形貌圖像的攝像頭，凈水器內(nèi)安裝有主控電路，流量計(jì)、溫度傳感器、水質(zhì)傳感器及攝像頭的信號(hào)輸出端分別和所述的主控電路相連，主控電路通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器相連，服務(wù)器通過無線網(wǎng)絡(luò)和接水者的手機(jī)APP相連。主控電路一般由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。攝像頭拍攝視頻，采集圖像信息，輸送給主控電路，主控電路從視頻中截取接水者的實(shí)時(shí)照片，進(jìn)行圖像分析處理，獲得待識(shí)別的接水者照片，將照片中的人臉和預(yù)先存在人臉庫中的人臉進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別出接水者，用來標(biāo)記用戶。流量計(jì)檢測(cè)凈水器出水口的水流量，發(fā)出脈沖信號(hào)給主控電路，主控電路計(jì)算出水流量，進(jìn)行壓縮處理，并標(biāo)記用戶，發(fā)送給服務(wù)器。溫度傳感器檢測(cè)凈水器進(jìn)出水口的水溫，溫度傳感器檢測(cè)實(shí)時(shí)水溫，到設(shè)定水溫時(shí)通過溫控電路停止加熱或停止制冷。測(cè)得的實(shí)時(shí)水溫輸送給主控電路，主控電路標(biāo)記時(shí)間和用戶后，發(fā)送給服務(wù)器，再由服務(wù)器發(fā)送給用戶的手機(jī)APP，可實(shí)時(shí)向用戶展示水溫變化情況，同時(shí)作為用戶調(diào)節(jié)水溫的依據(jù)。水質(zhì)傳感器檢測(cè)凈水器實(shí)時(shí)水質(zhì)信息，將這些信息通過IIC協(xié)議發(fā)送給主控電路，主控電路在凈水器的顯示屏幕上顯示水質(zhì)情況的同時(shí)還通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器。接水者的接水量、水溫、水質(zhì)作為每次接水的飲水記錄存儲(chǔ)在服務(wù)器中，服務(wù)器每周或每月調(diào)取每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，并把分析出的數(shù)據(jù)及健康飲水建議通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到所對(duì)應(yīng)的飲水用戶的手機(jī)APP，便于用戶查看，以改變飲水方式，促進(jìn)人們更健康地生活。

作為優(yōu)選，所述的凈水器上設(shè)有紅外熱成像儀，紅外熱成像儀和所述的主控電路相連。紅外熱成像儀可實(shí)時(shí)測(cè)量用戶自身發(fā)出的紅外線，并把這些數(shù)據(jù)輸送給主控電路，經(jīng)主控電路壓縮處理并標(biāo)記用戶后通過網(wǎng)絡(luò)上傳給服務(wù)器，服務(wù)器結(jié)合通過攝像頭獲取的接水者照片，生成用戶的實(shí)時(shí)人體3D圖像，計(jì)算出用戶的身高、三圍等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至用戶手機(jī)APP，用戶可隨時(shí)查看這些數(shù)據(jù)，了解自己的健康狀況，同時(shí)這些數(shù)據(jù)也作為服務(wù)器建議用戶每天健康飲水量的依據(jù)。紅外熱成像儀是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與人體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。紅外熱成像儀就是將人體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表不同溫度。通過查看熱圖像，可以獲取人體溫度分布狀況，研究目標(biāo)的發(fā)熱情況，從而進(jìn)行下一步工作的判斷。

作為優(yōu)選，所述的凈水器上設(shè)有光電式脈博傳感器，光電式脈博傳感器和所述的主控電路無線相連。光電式脈博傳感器一般安裝在凈水器出水龍頭下方的機(jī)殼部位，正好和接水者握持水杯時(shí)的手指位置相對(duì)應(yīng)。本技術(shù)方案中所用的光電式脈博傳感器，與普通的指靜脈傳感器相比，具有檢測(cè)更穩(wěn)定、檢測(cè)距離更遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)部集成了多路高精度運(yùn)算放大器，測(cè)量精度高，檢測(cè)距離大大變長(zhǎng)。普通指靜脈傳感器檢測(cè)時(shí)需要手指或其他被測(cè)量部位緊貼傳感器，本技術(shù)方案中的光電式脈博傳感器無需和手指或其他被測(cè)量部位緊貼，只要被測(cè)者的手指和光電式脈博傳感器的間距在20cm以內(nèi)都可準(zhǔn)確測(cè)出用戶的實(shí)時(shí)體表溫度和心率。光電式脈博傳感器利用特定頻率的光子穿透皮膚而檢測(cè)血液的流動(dòng)情況，通過算法進(jìn)行處理從而獲取人體當(dāng)時(shí)的體表溫度和心率。光電式脈博傳感器將采集到的信息實(shí)時(shí)發(fā)送給主控電路，主控電路進(jìn)行壓縮標(biāo)記，發(fā)送給服務(wù)器，再由服務(wù)器傳輸至用戶手機(jī)APP，用戶可隨時(shí)查看這些數(shù)據(jù)，了解自己的健康狀況，同時(shí)這些數(shù)據(jù)也作為服務(wù)器建議用戶每天健康飲水量的依據(jù)。

作為優(yōu)選，所述的光電式脈博傳感器為OPT101型光電式脈博傳感器。OPT101型光電式脈博傳感器是集光敏器件(光敏二極管)與信號(hào)放大于一體的傳感器。其采用單電源供電，壓電輸出，輸出電壓隨照射到光敏器件的光強(qiáng)度呈線性變化。手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動(dòng)相對(duì)于動(dòng)脈血是十分微弱的，可以忽略。因此可以認(rèn)為光透過手指后的變化僅由動(dòng)脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長(zhǎng)的光源的照射下，本傳感器利用透射式的測(cè)量方法，通過檢測(cè)透過手指的光強(qiáng)可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)。

本發(fā)明凈水器智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的控制方法為：所述的攝像頭拍攝視頻，采集圖像信息，輸送給所述的主控電路，主控電路從視頻中截取接水者的實(shí)時(shí)照片，進(jìn)行圖像分析處理，獲得待識(shí)別的接水者照片，將照片中的人臉和預(yù)先存在人臉庫中的人臉進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別出接水者；所述的流量計(jì)采集接水者的接水流量，所述的溫度傳感器采集凈水器出水口水溫，所述的水質(zhì)傳感器檢測(cè)實(shí)時(shí)水質(zhì)，上述數(shù)據(jù)分別輸送給所述的主控電路，主控電路根據(jù)識(shí)別結(jié)果先進(jìn)行壓縮標(biāo)記，再經(jīng)無線或有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給所述的服務(wù)器，服務(wù)器分用戶名保存，服務(wù)器每周或每月調(diào)取每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，并把分析出的數(shù)據(jù)及建議通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到所對(duì)應(yīng)的用戶的手機(jī)APP。

作為優(yōu)選，所述的凈水器上設(shè)有紅外熱成像儀，紅外熱成像儀和所述的主控電路相連；紅外熱成像儀實(shí)時(shí)測(cè)量接水者自身發(fā)出的紅外線，并將測(cè)得的紅外線數(shù)據(jù)輸送給所述的主控電路，主控電路先進(jìn)行壓縮標(biāo)記，再經(jīng)無線或有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給所述的服務(wù)器，服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)和通過所述的攝像頭獲取的圖片進(jìn)行對(duì)比結(jié)合，生成接水者的實(shí)時(shí)人體3D圖像，計(jì)算出接水者的身高和三圍，經(jīng)服務(wù)器發(fā)送到接水者的手機(jī)APP，同時(shí)服務(wù)器通過計(jì)算和分析，給出用戶每天健康飲水量建議，也發(fā)送到接水者的手機(jī)APP。

作為優(yōu)選，所述的凈水器上設(shè)有光電式脈博傳感器，光電式脈博傳感器和所述的主控電路無線相連；當(dāng)接水者靠近凈水器時(shí)，光電式脈博傳感器采用光電容積脈搏波描記法，利用特定頻率的光子穿透接水者人體皮膚而采集接水者體內(nèi)血液流動(dòng)信息，經(jīng)過處理獲取接水者的實(shí)時(shí)體表溫度和心率，并輸送給所述的主控電路，主控電路先進(jìn)行壓縮標(biāo)記，再經(jīng)服務(wù)器發(fā)送到接水者的手機(jī)APP，同時(shí)服務(wù)器分用戶名保存上述數(shù)據(jù)，服務(wù)器每周或每月調(diào)取每個(gè)用戶的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，并把分析出的數(shù)據(jù)及建議通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到所對(duì)應(yīng)的用戶的手機(jī)APP。本技術(shù)方案中的光電式脈搏傳感器采用光電容積脈搏波描記法，光電容積脈搏波描記法(PhotoPlethysmoGraphy，簡(jiǎn)稱PPG)是借光電手段在活體組織中檢測(cè)血液容積變化的一種無創(chuàng)檢測(cè)方法。PPG是一種利用皮膚對(duì)光的反射或透射來評(píng)價(jià)皮膚血流灌注有關(guān)信息的方法，在皮膚的表皮、真皮和皮下組織的三層結(jié)構(gòu)中各有不同的光學(xué)性質(zhì)，并由此提出皮膚的光學(xué)模型：在50～150μm薄薄的表皮層中只吸收光而不散射，在其下的1～4mm的真皮層中，骨膠原產(chǎn)生的散射光將起主要作用，光的穿透深度主要由它決定，體內(nèi)血液中的血小板、氧合血紅蛋白和膽紅素是真皮中可見光的主要吸收者。不同波長(zhǎng)的入射光對(duì)皮膚的穿透深度是不同的，如波長(zhǎng)為250nm的光束對(duì)皮膚的穿透深度僅為2μm，而當(dāng)波長(zhǎng)為1000nm紅外光時(shí)，其穿透深度可達(dá)到1600μm。在PPG的測(cè)量中可以用不同波長(zhǎng)的光束來記錄皮膚不同深度動(dòng)脈搏動(dòng)信息，并由此記錄到皮膚的血壓值和皮膚血管的特征頻率。

作為優(yōu)選，所述的主控電路接收到所述的攝像機(jī)發(fā)來的視頻信息后，通過截取視頻流的方式獲取接水者的實(shí)時(shí)照片，進(jìn)行圖像分析處理，圖像分析處理方法包括如下步驟：

a.對(duì)獲取的實(shí)時(shí)照片的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜校正；

b.對(duì)傾斜校正后的圖像數(shù)據(jù)作形態(tài)學(xué)處理去除孤立點(diǎn)和毛刺消除圖像噪聲；

c.對(duì)去噪后的圖像進(jìn)行自適應(yīng)亮度均衡化處理；

d.作閾值分割得到二值圖像；

e.對(duì)二值圖像作邊緣增強(qiáng)處理；

f.對(duì)增強(qiáng)處理后的圖像分別進(jìn)行主分量分析PCA、橢圓傅里葉描述子特征和二維傅里葉變換這三種特征的提取，獲得待識(shí)別的接水者照片。

確保獲得的待識(shí)別照片清楚，有利于識(shí)別，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的有益效果是：通過采集每個(gè)飲水者的體溫、心率、常用喝水溫度、喝水量、臉部特征及身高、三圍等個(gè)人信息，經(jīng)過計(jì)算和處理并進(jìn)行綜合分析后，自動(dòng)生成用戶每天實(shí)時(shí)健康狀況，每周、每月健康狀況變化圖，并給出建議飲水量、運(yùn)動(dòng)量和鍛煉方式等，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶手機(jī)APP，提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導(dǎo)服務(wù)，促進(jìn)人們更健康地生活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種電路原理連接結(jié)構(gòu)框圖。

圖中1.主控電路，2.流量計(jì)，3.溫度傳感器，4.水質(zhì)傳感器，5.攝像頭，6.紅外熱成像儀，7.光電式脈博傳感器，8.服務(wù)器，9.手機(jī)APP。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

實(shí)施例：本實(shí)施例的凈水器智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括凈水器，凈水器的出水口處安裝有流量計(jì)2、溫度傳感器3和水質(zhì)傳感器4，凈水器上安裝有能拍攝接水者形貌圖像的攝像頭5，還安裝有紅外熱成像儀6和光電式脈博傳感器7，光電式脈博傳感器7安裝在出水龍頭下方，和飲水者接水時(shí)握持在水杯上的手指位置相對(duì)應(yīng)，本實(shí)施例中，光電式脈博傳感器采用OPT101型光電式脈博傳感器，凈水器內(nèi)安裝有主控電路1，流量計(jì)2、溫度傳感器3、水質(zhì)傳感器4、攝像頭5、紅外熱成像儀6及光電式脈博傳感器7的信號(hào)輸出端分別和主控電路1相連，主控電路1通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器8相連，服務(wù)器8通過無線網(wǎng)絡(luò)和接水者的手機(jī)APP9相連。圖1中虛線代表網(wǎng)絡(luò)連接。

流量計(jì)主要由塑料閥體、水流轉(zhuǎn)子組件和霍爾傳感器組成。它裝在凈水器的出水端，用于檢測(cè)出水流量，當(dāng)水通過水流轉(zhuǎn)子組件時(shí)，磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并且轉(zhuǎn)速隨著流量變化而變化，霍爾傳感器輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)。

溫度傳感器采用NTC熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻)，是一類電阻值隨溫度增大而減小的一種傳感器電阻。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，在導(dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子(電子和孔穴)數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。

水質(zhì)傳感器采用TDS水質(zhì)傳感器，由電源接口、通信接口、TDS檢測(cè)單元和溫度檢測(cè)單元等部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水TDS值或電導(dǎo)率的測(cè)量，且?guī)в袦囟妊a(bǔ)償功能，能夠自動(dòng)換算成25℃水溫下的TDS值。主要應(yīng)用于凈水設(shè)備進(jìn)水口/出水口TDS值的檢測(cè)，并通過通信接口(UART/IIC)可將測(cè)量的水質(zhì)參數(shù)上傳給主控電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

光電式脈博傳感器，與普通的指靜脈傳感器相比，具有檢測(cè)更穩(wěn)定、檢測(cè)距離更遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)部集成了多路高精度運(yùn)算放大器，測(cè)量精度高，檢測(cè)距離大大變長(zhǎng)。普通指靜脈傳感器檢測(cè)時(shí)需要手指或其他被測(cè)量部位緊貼傳感器，本技術(shù)方案中的光電式脈博傳感器無需和手指或其他被測(cè)量部位緊貼，只要被測(cè)者的手指和光電式脈博傳感器的間距在20cm以內(nèi)都可準(zhǔn)確測(cè)出用戶的實(shí)時(shí)體表溫度和心率。光電式脈博傳感器利用特定頻率的光子穿透皮膚而檢測(cè)血液的流動(dòng)情況，通過算法進(jìn)行處理從而獲取人體當(dāng)時(shí)的體表溫度和心率。

紅外熱成像儀是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與人體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。紅外熱成像儀就是將人體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表不同溫度。通過查看熱圖像，可以獲取人體溫度分布狀況，研究目標(biāo)的發(fā)熱情況，從而進(jìn)行下一步工作的判斷。

攝像頭結(jié)構(gòu)為嵌入式RTOS設(shè)計(jì)，雙核32位DSP(Hi3518EV200)，純硬壓縮，看門狗，8M FLASH，64M內(nèi)置DDR2；傳感器為200萬像素1/2.7″CMOS，彩色1.0Lux@F1.2，黑白0.1Lux@F1.2；集成LED控制電路，集成IR-CUT驅(qū)動(dòng)，支持Sensor+IR-CUT+光敏+LED補(bǔ)光的聯(lián)動(dòng)控制，支持日夜轉(zhuǎn)換；支持Web配置，支持OSD，支持實(shí)時(shí)視頻傳輸，支持移動(dòng)偵測(cè)報(bào)警聯(lián)動(dòng)，支持移動(dòng)偵測(cè)報(bào)警后中心提醒和畫面彈出聯(lián)動(dòng)；支持遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件等系統(tǒng)應(yīng)用；支持手機(jī)監(jiān)控，支持云服務(wù)；可選離線告警推送和云存儲(chǔ)。

上述凈水器智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的控制方法為：

攝像頭5拍攝視頻，輸送給主控電路1，主控電路1從視頻中截取接水者的實(shí)時(shí)照片，進(jìn)行圖像分析處理，圖像分析處理方法包括如下步驟：

a.對(duì)獲取的實(shí)時(shí)照片的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜校正；

b.對(duì)傾斜校正后的圖像數(shù)據(jù)作形態(tài)學(xué)處理去除孤立點(diǎn)和毛刺消除圖像噪聲；

c.對(duì)去噪后的圖像進(jìn)行自適應(yīng)亮度均衡化處理；

d.作閾值分割得到二值圖像；

e.對(duì)二值圖像作邊緣增強(qiáng)處理；

f.對(duì)增強(qiáng)處理后的圖像分別進(jìn)行主分量分析PCA、橢圓傅里葉描述子特征和二維傅里葉變換這三種特征的提取，獲得待識(shí)別的接水者照片；

然后將照片中的人臉和預(yù)先存在人臉庫中的人臉進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別出接水者；

流量計(jì)2采集接水者的接水流量；溫度傳感器3采集凈水器出水口水溫；水質(zhì)傳感器4檢測(cè)實(shí)時(shí)水質(zhì)；紅外熱成像儀6實(shí)時(shí)測(cè)量接水者自身發(fā)出的紅外線，獲得紅外熱像圖；當(dāng)接水者靠近凈水器時(shí)，光電式脈博傳感器7采用光電容積脈搏波描記法，利用特定頻率的光子穿透接水者人體皮膚而采集接水者體內(nèi)血液流動(dòng)信息，經(jīng)過處理獲取接水者的實(shí)時(shí)體表溫度和心率。上述數(shù)據(jù)分別輸送給主控電路1，主控電路1根據(jù)識(shí)別結(jié)果先進(jìn)行壓縮標(biāo)記，再經(jīng)無線或有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器8，服務(wù)器8分用戶名保存，接水者每次的接水量、接水溫度、水質(zhì)及時(shí)間都記錄在案，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給接水者的手機(jī)APP。服務(wù)器將由紅外熱成像儀測(cè)得的紅外線數(shù)據(jù)和通過攝像頭獲取的圖片進(jìn)行對(duì)比結(jié)合，生成接水者的實(shí)時(shí)人體3D圖像，計(jì)算出接水者的身高和三圍，一方面記錄在案，一方面也發(fā)送到接水者的手機(jī)APP。服務(wù)器將光電式脈博傳感器7測(cè)得的接水者的體溫和脈搏，一方面記錄在案，一方面也發(fā)送到接水者的手機(jī)APP。服務(wù)器將每個(gè)接水者每次的接水量、接水溫度、水質(zhì)、時(shí)間、身高和三圍及體溫和脈搏分用戶名進(jìn)行保存，服務(wù)器每周或每月調(diào)取每個(gè)用戶的上述數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算和處理并進(jìn)行綜合分析后，自動(dòng)生成用戶每天實(shí)時(shí)健康狀況，每周、每月健康狀況變化圖，并給出建議飲水量、運(yùn)動(dòng)量和鍛煉方式等，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶手機(jī)APP，提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導(dǎo)服務(wù)，促進(jìn)人們更健康地生活。