专利名称：智能冲洗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能冲洗系统及控制方法，更具体地涉及通过使用气味传感器及摄像机来将洁具产品(plumbing product)保持在最佳状态的智能冲洗系统及控制方法。关于智能冲洗系统的使用及操作性能的信息可以被存储，并且可以被智能冲洗系统的用户(建筑物管理处)、供应商(智能冲洗系统的提供者)及其他各方获得。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种智能冲洗系统及其控制方法，其中所述智能冲洗系统通过检测臭味和分析拍摄图像，来监视洁具产品并且鉴别杂物及废物的性质。为了实现节约用水，所述智能冲洗系统依照处理后的数据，在具有最小冲水量的诊断冲洗进程和预装冲洗进程之间进行选择。其中，洁具产品典型地是指a)小便器；b)冲洗马桶；c)蹲式马桶。在本发明所公开的实施例中，控制方法采用数字信号处理技术，来分析洁具产品中被监视区域的摄像机拍摄图像。存储洁具产品的最佳状态(preferable condition)的拍摄图像，并将其与洁具产品的实时图像进行比较，以进行废物检测。而利用包含保护镜头及自清洗功能的设置，来保持摄像机的清洁。使用加压水射流(jet)，来防止污秽的流体弄脏或沾污保护镜头，进而避免拍摄图像可能出现失真。对由摄像机拍摄的实时图像的数字信号处理的使用，使得可以分析洁具产品状态，以及根据性质及尺度来检测液体废物及固体废物。所需要的组件包括(a)摄像机(ccd-电荷耦合器件，cmos-互补金属氧化物半导体)或者其他光学传感器、光谱传感器及图像拍摄设备/系统，其内置于洁具产品、马桶座圈、隔板 (partition)、天花板或附近区域中，并且与控制单元耦合以拍摄洁具产品的光学条件；(b)包括背景减除、滤波、对象分割、傅里叶(Rmrier)变换以及压缩、废物性质及尺度的鉴别的2D图像处理，用于选择相应的冲洗进程；(C)使用“种子填充算法(seed fill algorithm) ”、面部/对象识别或其他技术的 3D建模方法，其需要多个摄像机来从不同视角拍摄图像，以构造废物的3D模型并进行尺度计算。本发明中的2D图像处理及3D建模的对象，包括选择冲洗进程，以及计算冲洗机制中的必需冲水量。实时图像的数字信号处理，使得可以防止过早冲洗和溢流。为使用者提供了足够的时间，以在冲洗机制被起动之前能够离开洁具产品附近。另一方面，如果实时图像反映了冲洗机制处理期间洁具产品中溢流，则终止水流。
摄像机及数字信号处理技术的使用，还使得能够通过将洁具产品的后续光学条件的图像与图像基准进行比较，来对一次冲洗机制的执行进行评估。控制单元分析比较结果， 并且确定是否需要利用所选择的冲洗进程来起动后续冲洗机制。通过禁止同时起动两个或更多个冲洗机制，来确保在各次冲洗起动中有足够的水压。智能冲洗系统包括供水管道装置，所述供水管道装置包括具有各种流动定时的阀门。在控制单元确定需要对数个洁具产品进行冲洗时，相应的阀门被依次驱动，以每次起动一个冲洗机制。本发明的另一目的是提供基于信息的智能冲洗系统。通过包括网络中的固定线路和/或无线链路的组合的网络链路，来执行各种智能冲洗系统和其他信息系统之间的有效数字数据传输。基于信息的智能冲洗系统能够发送警报和执行自诊断。假定在几次连续冲洗之后，洁具产品的光学条件看起来不满意，则智能冲洗系统停止进一步的冲洗起动，并且向建筑物管理处发送警报，以提醒进行检查。并且，当在智能冲洗系统内检测出无效组件或运行不充分时，也发送警报。在正常操作期间，执行自诊断以探查组件的功能性，并且在出现异常时，检查根本原因。可以创建包括鉴别出的问题原因的结果，以及建议更换的无效组件的列表，所述结果及列表被发送至建筑物管理处、供应商和/或其他各方(party)。
图IA是由本发明的智能冲洗系统控制的小便器的示意图。图IB是由本发明的智能冲洗系统控制的马桶的示意图。图IC是描绘用于清洗马桶中的摄像机的保护镜头的喷嘴的示意图。图ID是由本发明的智能冲洗系统控制的蹲式马桶的示意图。图IE是描绘用于清洗蹲式马桶中的摄像机的保护镜头的喷嘴的示意图。图2是装备有本发明的智能冲洗系统的商用卫生间平面图的示例图。图3是图1A、图1B、图1C、图ID及图IE的优选实施例的示例性智能冲洗系统的示意图。图4是示例性3D模型生成方法的流程图。图5A是例示本发明的控制方法在使用2D图像处理及3D建模的数字图像处理技术的马桶应用中的部分的流程图。图5B是例示本发明的控制方法在使用2D图像处理的数字图像处理技术的小便器应用中的部分的流程图。图6描绘了采用建筑物管理系统(BMS，Building Management System)中的PC、 服务器及模拟控制器的形式的智能冲洗系统的示例性控制单元结构，作为图3所示的替代实施方式。图7是将马桶连接至本发明的智能冲洗系统的供水管道设置的示意图。图8是在本发明的一个实施例中使用的、经由网络链路与共享存储单元相耦合的各种智能冲洗系统的控制单元、供应商服务器构成的网络环境的示意图。
具体实施例方式
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本发明的智能冲洗系统02监视洁具产品的状态，并且依照实际需要来起动冲洗机制；其使用最小的冲水量及耗电量，同时向建筑物管理处发出进行注意维护的警报。参照图1至图8可以容易地理解本发明，并且可以使用具体上下文中叙述的示例性实施例来更好地领会本发明。参照图1A，内置于小便器91中的摄像机19及阀门71连接至控制单元01。由控制单元01发送命令41，来驱动阀门71打开以进行冲洗起动并在完成时关闭。在图IB中， 内置于马桶座圈93及马桶92中的气味传感器14、摄像机16及摄像机17、内置于隔板94 及天花板95中的摄像机18、阀门72，连接至控制单元01。由控制单元01发送命令42，来驱动阀门72打开以进行冲洗起动并在完成时关闭。如图IC所示，马桶座圈93中内置了保护镜头97，从而防止污秽的马桶流体弄脏和沾污摄像机16。喷嘴84被附装至位于马桶座圈93之下的空心通道82。当控制单元01 确定清洗保护镜头97时，命令43被发送至阀门73，阀门73排出加压流体89，并使得清洗射流81通过喷嘴84喷射到保护镜头97上。可以通过供水管道80和/或液体洗涤剂管路 83，来将加压流体89连接至供水系统(water supply)。参照图1D，气味传感器14、摄像机16及摄像机17向控制单元01提供蹲式马桶96 的状态的数据。在控制单元01确定起动冲洗机制时，发送命令42来驱动阀门72打开以起动冲洗并在完成时关闭。参照图1E，保护镜头97为蹲式马桶96中的摄像机16屏蔽污秽的马桶流体。在镜头清洗处理中，由控制单元01发送命令43，来驱动阀门73以从供水管道80和/或液体洗涤剂管路83将加压液体89排出到空心通道82中。清洗射流81被从喷嘴84喷射至摄像机16的保护镜头97。如图2所示，示例性卫生间平面图包括残障间50、女士间51及男士间52。小便器91内置有摄像机19 ；而马桶92及马桶座圈93内置有气味传感器14、摄像机16和/或 17 ；隔板94及天花板95内置有摄像机18。由摄像机16、17、18及19拍摄到的图像，经由 1/0(输入/输出)总线100被发送至控制单元01并被处理。总线110传输来自控制单元 01的命令41、42及43，用于驱动阀门71、72及73(未示出)。图3描绘了包括控制单元01的示例性智能冲洗系统02的优选实施例，其中控制单元01是独立的多核平台模块。控制单元01被多个组件围绕在中间，所述多个组件包括 GP (通用)处理器20、板上存储器21、通用输入/输出(GPIO) 22、气味传感器14、分别与相应的(1印(数字信号处理器)26、27、28、四相耦合的摄像机16、17、18、19，以及阀门71,72 及73。使用摄像机16至19以10至40fps (帧每秒)连续拍摄洁具产品厕盆区域的光学图像，并且将所拍摄的光学图像经由I/O总线100发送，以由控制单元01中的相应dsp 26、 27,28,29进行处理。通过用户指定的/周期性的更新，拍摄到洁具产品的最佳光学条件的所选图像，可以作为图像基准被存储在板上存储器21和/或外部存储器23 (未示出)中。当智能冲洗系统02在自动模式31下运行时，GP处理器20处理如下的任务，包括处理气味传感器14的信号、数据存储及归档、网络通信；dsp沈至四处理来自摄像机16至 19的数据，并且将命令41、42、43通过I/O总线110发送至阀门71、72及73，以用于起动冲洗机制。另一方面，在手动模式30下通过按压超控开关(overriding switch)(未示出)， 可以手动起动冲洗机制。其中，多核启用的控制单元01预装有操作系统60及3D模型生成模块62，其还可以在诸如处理器、操作系统、互连、存储器及编程语言等的计算组件中，运用多维的异构结构(heterogeneous architecture)。在其他实施例中，GP处理器20及dsp 26至四可以由其他处理器来取代，所述其他处理器包括但不局限于中央处理单元(CPU)、 现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)、微控制器单元(MCU)及专用集成电路(ASIC)等。信息45被馈送至控制单元01，其中信息45包括来自时钟、室内及室外温度、运动传感器信号以及外部信息源等的诸如时间、日期、温度、其他关于卫生间使用的实时及归档信息等的数据。提供与卫生间的洁具产品的使用记录交叉参照的补充信息，用于计算小便器的即时使用的概率，进而用于选择具有最小冲水量的冲洗进程。当预测到较低使用率或空置的时间段时，智能冲洗系统02也可以使用卫生间的使用概率，来确定进入部分省电模式还是总体省电模式(total power save mode)。信息46由智能冲洗系统02的运行信息组成，包括气味传感器14的信号、由摄像机16至19拍摄到的图像、图像基准、预装的冲洗进程32至35的选择及执行的使用频率、 诊断冲洗进程36、警报40、计算出的相对废物尺度的冲水量以及冲水执行评估结果、总的用水及耗电量、手动模式30与自动模式31之间的选择，以及自我诊断的结果等。其中，信息46通过网络链路200及互连120-5 (参见图6)，而被存储在板上存储器21和/或外部存储器23中，用于在冲洗进程选择及冲水量计算中进行微调，以实现自学习的目的。记录数据还用于实时呈现、统计分析及归档的目的。由建筑物管理处、供应商和/或其他授权方，为控制单元01预装数个冲洗进程。5 个示例性冲洗进程包括表 1[表 1][表]
进程应用洁具产品冲水量阀门打开32液体废物马桶较小12秒33固体废物马桶较大16秒34漂洗小便器较小4秒35常规小便器较大8秒36杂物/固体马桶定制可变当通过实时图像或气味传感器信号、检测出洁具产品中的杂物、液体或固体废物时，或者当拍摄图像指示洁具产品状态相比于图像基准中的最佳状态存在偏差时，控制单元01发送命令41及42来起动阀门71及72。液体废物冲洗进程32的详情如下1.控制单元01发送命令42来将阀门72打开12秒，以排出水并通过排污通道(trapway)排放液体废物或少量杂物，并且漂洗马桶的内表面；2.通过关闭阀门72来终止冲水流；3.在一次冲洗完成时，由摄像机16和/或摄像机17和/或摄像机18来拍摄马桶 92的状态的图像，并且将所述图像发送至控制单元01进行冲洗执行评估；4.依照马桶92的图像鉴别的状态，一次冲洗的不满意的评估结果，导致二次执行冲洗进程32、33或者诊断冲洗进程36 ；5.重复步骤3及4，直到马桶92的状态满意、或者冲洗起动的次数达到预设限度为止；6.在冲洗起动的次数达到预设限度的情况下，发送警报40。固体废物冲洗进程33的详情如下1.控制单元01发送命令42来将阀门72打开16秒，以排出水并通过排污通道排放固体废物，并且漂洗马桶的内表面；2.通过关闭阀门72来终止冲水流；3.在一次冲洗完成时，由摄像机16和/或摄像机17和/或摄像机18来拍摄马桶 92的状态的图像，并且将所述图像发送至控制单元01以进行冲洗执行评估；4.依照马桶92的图像鉴别的状态，一次冲洗的不满意的评估结果，导致二次执行冲洗进程32、33或者诊断冲洗进程36 ；5.重复步骤3及4，直到马桶92的状态满意、或者冲洗起动的次数达到预设限度为止；6.在冲洗起动的次数达到预设限度的情况下，发送警报40。漂洗冲洗进程34的详情如下1.控制单元01发送命令41来将阀门71打开4秒，以排出较小量的水来漂洗小便器的内表面；2.通过关闭阀门71来终止冲洗；3.在一次冲洗完成时，由摄像机19来拍摄小便器91的状态的图像，并且将所述图像发送至控制单元01以进行冲洗执行评估；4.依照小便器91的图像鉴别的状态，一次冲洗的不满意的评估结果，导致二次执行冲洗进程34或35 ；5.重复步骤3及4，直到小便器91的状态满意、或者冲洗起动的次数达到预设限制为止；6.在冲洗起动的次数达到预设限制的情况下，发送警报40。常规冲洗进程35的详情如下1.控制单元01发送命令41来将阀门71打开8秒，以排出较大量的水来漂洗小便器的内表面；2.通过关闭阀门71来终止冲洗；3.在一次冲洗完成时，由摄像机19来拍摄小便器91的状态的图像，并且将所述图像发送至控制单元01以进行冲洗执行评估；4.依照小便器91的图像鉴别的状态，一次冲洗的不满意的评估结果，导致二次执行冲洗进程34或35 ；
5.重复步骤3及4，直到小便器91的状态满意、或者冲洗起动的次数达到预设限度为止；6.在冲洗起动的次数达到预设限度的情况下，发送警报40。参照图3，智能冲洗系统02使用气味传感器14及摄像机16至19来检测杂物及废物，并且监视洁具产品的状态从而保持最佳的状态。示例性冲洗机制的起动如表2所示表2[表 2][表]
权利要求
1.一种智能冲洗系统，该智能冲洗系统包括a)气味传感器，其内置于马桶或马桶座圈中，用于检测排泄物；b)一个或多个摄像机，用于监视洁具产品中的光学条件及光强度，以及检测杂物、液体废物和固体废物的目视图像；c)用于防止污秽的马桶流体弄脏和沾污相关的摄像机的保护镜头，以及用于通过喷射加压射流来清洗镜头的喷嘴；d)控制单元，用于处理实时气味传感器信号以及摄像机拍摄的图像，以确定是否需要冲洗、选择冲洗进程以及起动冲洗机制；e)阀门，用于响应于控制单元的命令来执行冲洗进程及保护镜头清洗；f)网络环境，用于在不同的控制单元和信息系统以及建筑物管理处和其他方之间，接收警报以及访问数据。
2.一种适于自动模式下的冲洗机制的控制方法，该控制方法包括以下步骤a)利用气味传感器来检测排泄物，并且根据信号来选择和执行预装的冲洗进程；b)利用一个或多个摄像机，来拍摄和处理洁具产品的厕盆/排水区域的光学条件的图像；c)将选择的图像作为代表洁具产品的最佳状态的图像基准进行存储；d)将实时图像与图像基准进行比较，以检测洁具产品中的状态、光强度及杂物/废物；e)应用2D图像处理及3D建模技术，来确定废物的性质、固体废物的尺度、是否需要冲洗以及必需的冲水量；f)根据图像处理结果，来选择和执行预装的冲洗进程及诊断冲洗进程；g)根据洁具产品的光学条件，对冲洗机制的执行进行评估，并起动后续的冲洗机制；h)分析洁具产品的状态，并且在确定使用者完成了使用、从所述洁具产品物理脱离、并且没有被冲洗水溅湿的风险情况下，起动冲洗机制；i)按照由授权方预定义的操作条件，来处理警报并将所述警报发送至指定目的地，所述授权方包括但不局限于建筑物管理处及产品供应商。
3.根据权利要求2所述的控制方法，该控制方法还包括以下步骤通过针对小便器在漂洗冲洗进程与常规冲洗进程之间进行选择，并且针对马桶在液体废物冲洗进程、固体废物冲洗进程以及具有计算出的冲水量的诊断冲洗进程之间进行选择，来提供节水的冲洗机制。
4.根据权利要求2所述的控制方法，该控制方法还包括以下步骤禁用权利要求2的步骤(a)、(b)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)，并且提供使得禁用所述控制单元而由使用者控制冲洗起动的机械冲洗方法。
5.根据权利要求3所述的控制方法，该控制方法还包括以下步骤禁用权利要求2的步骤(a)、(b)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)并且提供使得禁用所述控制单元而由使用者控制冲洗起动的机械冲洗方法。
6.根据权利要求1及权利要求2所述的智能冲洗系统，该智能冲洗系统控制供水管道设置中的所有阀门，并且防止两个或更多个冲洗机制的同时起动，所述阀门用于控制到所述洁具产品的冲水流，所述两个或更多个冲洗机制的同时起动可能导致由于所述供水管道内的过度压力下降而引起的冲洗执行不充分，通过按照安排的起动优先级依次进行起动，来确保各冲洗机制中的足够的水压。
7.一种智能冲洗系统，当拍摄图像指示冲洗机制处理期间即将溢流时，所述智能冲洗系统立即终止水流、并且向指定方发送警报。
8.根据权利要求1及权利要求2所述的智能冲洗系统，该智能冲洗系统可以使用摄像机及光强度传感器来检测光损失，洁具产品处的使用者在监视区域上投下阴影，从而导致光强度的损失，在检测出洁具产品中的光损失并且光被恢复了时，启动冲洗机制。
9.一种基于信息的智能冲洗系统，其构成“智能代理”，并通过以下步骤来传输和获得内部信息、外部信息及归档信息a)记录洁具产品的使用的持续时间及频率；b)监视智能冲洗系统中的组件的运行，发送结果数据以进行呈现、进行存储以用于统计分析以及进行归档；c)存储和检索图像分析的结果以及识别出的废物对选择的冲洗进程、鉴别出的废物尺度对计算出的诊断冲洗进程中的冲水量、以及对完成的冲洗机制的冲洗执行评估结果，以及智能冲洗系统操作的其他数据；这类信息用于细化正在进行的计算中的知识积累、以及必需冲水量的精确估算中的自学习；d)将所述智能冲洗系统的数据导出至本发明的其他基于信息的智能冲洗系统的控制单元能够访问的共享存储单元，或者直接导出至所述其他基于信息的智能冲洗系统以及包括由供应商操作的信息系统在内的其他信息系统；e)使用包含各种形式的数据的信息源作为参考，来执行使用最小冲水量的冲洗机制以节约用水，其中所述数据包括但不局限于实时供水压力、规定时间段内的累计用水量以及目标总用水量；f)使用信息源来确定为了节约电力是临时进入部分省电模式还是总省电模式；信息包括各种来源，包括但不局限于实时卫生间占用以及从耦合的传感器或其他外部系统获得的数据、来自人工操作员的输入、归档数据及预设规范和计时器等；g)进行整个智能冲洗系统的自诊断，以在实际发生系统故障之前检测无效组件和预测可预见的缺陷，其中包括建议更换的组件的列表的结果与修理位置一起被创建，并且被发送至指定方。
10.一种智能冲洗系统，其可以与其他冲洗系统及服务器耦合至诸如互联网、内联网或局域网的网络链路，以进行数据传输及交换、通信、软件上传及下载，经由网络链路，可以将软件从其他信息服务器下载至智能冲洗系统，以更新控制方法、冲洗进程、图像处理算法、 操作系统以及其他软件和规范。
全文摘要
一种使用气味传感器(14)及摄像机(16、17、18、19)来监视洁具产品的内部状态以及检测废物的智能冲洗系统(02)。由控制单元(01)依照通过处理后的传感器数据及摄像机拍摄的图像检测出的条件及废物，来确定对是否需要起动冲洗机制的识别。通过以受控的冲水量执行诊断及预装的冲洗进程(32、33、34、35)，来实现节水。将冲洗执行评估结果及相关数据存储在数据库中，用于统计分析及微调计算，以连续地改善运行。采用控制方法的装置对数据及信号处理、冲洗起动、数据存储以及通信进行协调。经由网络连接，可以在各种可独立操作的智能冲洗系统、用户的信息系统及供应商等之间，输送所有处理后的信息。
文档编号E03D9/00GK102216537SQ200980135552
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月2日 优先权日2008年10月31日
发明者马克·杰臻·陈 申请人:丹尼斯·康明·陈