旧可以利用缓存箱中温度适宜的水完成洗浴过程。温度传感器10不断检测缓存箱中的水温，一方面使得温度信息可以实时地显示在数码管上，另一方面也检测洗浴过程中的水温变化。如果在用户的洗浴过程中出现缓存箱中水温过高或过低的情况，则系统进入紧急状态，点亮红色LED，蜂鸣器蜂鸣报警，同时关闭出水阀门13，开启导管阀门8，整个淋浴系统自动关闭，从而停止出水，尽快排除缓存箱中已有的淋浴用水，以防用户烫伤或受冷。
[0060]本发明人体跟踪模块执行流程图如图7所示。系统启动后，如果用户选择开启跟踪，则系统控制人体跟踪模块进入跟踪模式。摄像头18采集图像数据，将一帧图像数据发送给单片机11进行处理。单片机内部采用机器视觉方法进行分析处理，如果没有检测到人体，则控制出水阀门13关闭，停止出水，销毁本帧图像数据后进入下一帧的图像数据处理过程。如果检测到人体位置，则可以计算出人体位置的偏移量。销毁本帧数据后，根据计算得到的偏移量控制第一舵机16和第二舵机17，从而调节淋浴头的位置姿态，以实现跟踪效果O
[0061]本发明单片机可采用机器视觉方法，该方法如图8所示:对于输入的一帧图像数据，首先决定是否要进行背景学习。需要维护一个经过训练的背景模型，为了达到良好的识别检测效果，除了要在在系统运行之处进行背景学习外，还要每隔几分钟定期学习背景数据，从而动态地维护背景模型。学习背景数据一般需要几十帧的图像信息，因此在每一次学习对背景模型中的陈旧背景数据进行清除，以消除学习背景占用时间所带来的影响。在学习了背景数据之后，利用已有的背景模型对图像进行阈值化处理，分割出前景目标。由于水流等环境噪声的影响，需要进行消噪处理。采用图像形态学进行消噪预处理，之后使用轮廓检测法，消除小轮廓噪声数据，即可得到一个较为完善的前景目标。根据前景目标新位置与旧位置计算偏差量，控制两自由度舵机系统运行，从而矫正淋浴头的位置姿态。
[0062]如图9所示，单片机采用飞思卡尔K60实现，使用3.3V直流供电，外设连接引脚已标出。
[0063]如图10所示，阀门控制模块包括3个直流电机，已实现转速转向的调节。电机的两个输入端之间连接10nF的电容。
[0064]如图11所示，两个舵机采用直流6V供电，实现对淋浴头的位置姿态调控。
[0065]如图12所示，摄像头模块采用0V7670模块，直流3.3V供电，采用16引脚与单片机连接。
[0066]本发明的具体实施例工作过程如下:
按下系统按钮23打开淋浴系统，此时供水管将冷水和热水注入缓存箱12，缓存箱中的水温显示与数码管上。用户可以通过调节手柄3控制冷热水的混合比例。如果缓存箱水温达到用户期望，用户按下出水按钮即可开始淋浴。如果用户按下跟踪按钮，则开启跟踪模式，淋浴头在机器视觉系统的控制下总是可以跟踪人体位置进行喷水，如果用户暂时离开可跟踪区域区域，系统检测不到人体目标，自动停止出水进入休眠状态。若用户再次进入可跟踪区域，摄像头捕捉到人体目标，则开始出水并且进行跟踪。在淋浴的过程中如果出现热水不足的情况，系统会进行报警，提醒用户尽快利用缓存箱中的温水完成洗浴。遇到缓存箱中的水温过冷过热的极端情况，系统会自动关闭，停止出水，保证用户安全。用户可以收集导管排除的淋浴水再利用。
【主权项】
1.一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，包括分别连接冷水源和热水源的冷水供给管(I)和热水供给管(2)，其特征在于:冷水供给管(I)和热水供给管(2)连接到调节阀门(3 )的输入端，冷水供给管(I)经冷水阀门(5 )连接到调节阀门(3 )的输入端，调节阀门(3)输出端连接到用于混合水和存水的缓存箱(12)中，导管(7)经导管阀门(8 )连接缓存箱(12 )，缓存箱(12 )的输出端经出水阀门(13 )连接出水管(15 )的一端，出水管(15)的另一端连接淋浴喷头(21); 靠近淋浴喷头(21)位置的出水管(15)设有两段柔性连接管(22)，两段柔性连接管(22)上分别连接有两个相互垂直布置安装的转动关节，两个转动关节分别为第一转动关节(30)和第二转动关节(31)，第一转动关节(30)、第二转动关节(31)分别与第一舵机(16)、第二舵机(17)的输出轴连接进行转动控制，淋浴喷头(21)的喷头侧面安装有摄像头(18)，摄像头(18)与淋浴喷头(21)朝向相同；冷水阀门(5)、导管阀门(8)和出水阀门(13)分别连接冷水阀门控制电机(6)、导管阀门控制电机(9)和出水阀门控制电机(14); 热水供给管(2)上安装有用于检测热水的液体检测传感器，缓存箱(12)安装有用于箱内水温检测的温度传感器，缓存箱(12)上安装有控制模块和与控制模块连接的控制显示板；控制模块包括核心单片机处理模块和阀门控制模块，由液体检测传感器和温度传感器构成传感器模块，由第一舵机(16)、第二舵机(17)和摄像头(18)构成人体跟踪模块，核心单片机处理模块分别与阀门控制模块、传感器模块、人体跟踪模块和控制显示板连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，其特征在于:所述的缓存箱由保温材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，其特征在于:所述的摄像头(18)的镜头上安装有模糊玻璃(20)。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，其特征在于:所述的核心单片机处理模块包括单片机Ul及其芯片接口 U2?U6，单片机Ul分别与芯片接口 U2?U6连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，其特征在于:所述的阀门控制模块包括冷水阀门控制模块、导管阀门控制模块和出水阀门控制模块，冷水阀门控制模块包括芯片DH1、芯片DLl和冷水阀门控制电机D1，冷水阀门控制电机Dl的两端分别经芯片DHl、芯片DLl与核心单片机处理模块的芯片接口 U3的输出端连接；导管阀门控制模块包括芯片DH2、芯片DL2和导管阀门控制电机D2，导管阀门控制电机D2的两端分别经芯片DH2、芯片DL2与核心单片机处理模块的芯片接口 U3的输出端连接；出水阀门控制模块包括芯片DH3、芯片DL3和出水阀门控制电机D3，出水阀门控制电机D3的两端分别经芯片DH3、芯片DL3与核心单片机处理模块的芯片接口 U3的输出端连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，其特征在于:所述的人体跟踪模块中的第一舵机J1、第二舵机J2分别连接到核心单片机处理模块的芯片接口 U3的C14和C12脚上，摄像头(18)的引脚通过18针插槽与核心单片机处理模块的芯片接口 U3及芯片接口 U2连接。
7.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，其特征在于:所述的传感器模块中，液体检测传感器和温度传感器分别连接到核心单片机处理模块的芯片接口 U5的E25和E26脚上。
8.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，其特征在于:所述的控制显示板安装有系统开关按钮(23)、跟踪开关按钮(24)、出水开关按钮(25 )、红色LED指示灯(26 )、绿色LED指示灯(27 )、蜂鸣报警器(28 )、LED数码管(29 );系统开关按钮(23)、跟踪开关按钮(24)、出水开关按钮(25)、红色LED指示灯(26)、绿色LED指示灯(27)、蜂鸣报警器(28)、LED数码管(29)分别连接到芯片接口 U2上。
【专利摘要】本发明公开了一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器。冷水和热水供给管连接调节阀门，冷水供给管经冷水阀门连接调节阀门，调节阀门连接缓存箱，导管经导管阀门连接缓存箱，缓存箱经出水阀门、出水管连接淋浴喷头；出水管设有可进行转动控制的两段柔性连接管，淋浴喷头安装有摄像头；冷水、导管和出水阀门分别连接冷水、导管、出水阀门控制电机；热水供给管安装有液体检测传感器，缓存箱安装有温度传感器、控制模块和控制显示板；核心单片机处理模块分别与各个模块和控制显示板连接。本发明能使得洗浴用水被高效地利用，节水且成本较低，操作简便，特别适合在家庭及公共洗浴室使用，可以在大大节省水资源的同时增加洗浴体验，易于推广。
【IPC分类】A47K3-28
【公开号】CN104545600
【申请号】CN201510003239
【发明人】张家玄, 王维维
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月5日