本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头及其控制方法。
背景技术：
当前市面上水龙头的种类繁多，按照其开关原理的不同可以分为触摸式、旋转式和感应式。其中，传统的机械旋转式水龙头因为使用麻烦，且容易因拧不紧而造成水资源的浪费，已开始逐渐被市场淘汰。
触摸式水龙头使用较方便，由于其内部设置有压力传感器，当用户用手接触水龙头上的触摸点时，即可以实现水龙头的开启或关闭。但是，由于触摸式水龙头需要用户用手接触触摸点，因此在大型公共场所使用过程中，容易造成致病菌交叉感染以及各种疾病的传播，严重影响人们的身体健康。感应式水龙头是目前最为流行的水龙头，其主要是基于红外传感器或者电磁传感器。由于感应式水龙头在使用的过程中不需要用手直接接触，可以避免公共场所使用当中造成的细菌交叉感染和各种疾病传播的问题，使用更加方便、卫生。但是，传统的红外传感式水龙头或者电磁传感式水龙头由于其内部感应模式的限制，当用户停止洗手动作甚至手部已经撤离感应区域后的一段时间内，所述感应式水龙头还处于开启状态，因而会继续放水，造成了相当大的水资源浪费。
技术实现要素：
本发明提供一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头及其控制方法，用以解决现有的水龙头因用户手与水龙头接触而造成病菌感染的问题，并增强水龙头的智能性与使用便捷性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头，包括：
信号收发模块，用于周期性的向一预设范围发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号；
手势识别模块，连接所述信号收发模块，用于根据所述雷达回波信号识别手势动作；
控制模块，连接所述手势识别模块，用于根据所述手势动作控制水龙头的状态。
优选的，所述控制模块用于判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述水龙头开启。
优选的，所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水流量。
优选的，所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水温度。
优选的，所述控制模块还用于判断所述手势动作在一预设时间内是否保持不变，若是，则控制所述水龙头关闭。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头的控制方法，包括如下步骤：
周期性的向一预设范围发射微波雷达信号；
接收经手部反射后的雷达回波信号；
根据所述雷达回波信号识别手势动作；
根据所述手势动作控制水龙头的状态。
优选的，还包括如下步骤：
断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述水龙头开启。
优选的，还包括如下步骤：
判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水流量。
优选的，还包括如下步骤：
判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水温度。
优选的，还包括如下步骤：
判断所述手势动作在一预设时间内是否保持不变，若是，则控制所述水龙头关闭。
本发明提供的基于微波雷达手势识别技术的水龙头及其控制方法，采用微波雷达信号作为感应媒介，避免了用户在使用过程中与水龙头的频繁接触，从而杜绝了细菌交叉感染和传染性疾病的传播，提高了水龙头的智能性以及使用便捷性。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式的基于微波雷达手势识别技术的水龙头的结构示意图；
附图2是本发明具体实施方式的基于微波雷达手势识别技术的水龙头的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的水龙头及其控制方法的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供的一种水龙头，附图1是本发明具体实施方式的一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头，包括信号收发模块11、手势识别模块12和控制模块13。
所述信号收发模块11，用于周期性的向一预设范围发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号。所述预设范围，即所述水龙头的监控范围，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。所述信号收发模块11发射的微波雷达信号，可以是但不限于调频连续波模式的微波雷达信号。所述信号收发模块11发射微波雷达信号的周期，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。所述手势识别模块12，连接所述信号收发模块11，用于根据所述雷达回波信号识别手势动作；所述控制模块13，连接所述手势识别模块12，用于根据所述手势动作控制水龙头的状态。其中，所述水龙头的状态包括开启状态、关闭状态、水龙头出水水温、水龙头出水流量中的一种或几种。采用具有上述结构的水龙头，用户在使用水龙头的过程中，通过手势就可以实现水龙头状态的改变，避免了人手与水龙头的频繁接触，从而杜绝了细菌交叉感染和传染性疾病的传播，提高了水龙头使用的智能性和便捷性。为了实现所述水龙头对用户手势动作的持续监控，所述信号收发模块11、所述手势识别模块12和所述控制模块13通过ac/dc模块17与交流电源接口ac连接。
为了实现对手势动作的精准识别，优选的，所述手势动作识别模块包括第一预处理单元、第二预处理单元、变换单元、特征提取单元和手势识别单元。所述第一预处理单元，连接所述信号收发模块，用于将一个采样周期内发射的微波雷达信号与接收到的雷达回波信号相乘并将相乘后的结果进行低通滤波处理；所述第二预处理单元，连接所述第一预处理单元，用于将经过低通滤波处理的模拟信号转换成数字信号；所述变换单元，连接所述第二预处理单元，用于将所述数字信号变换为手部的距离多普勒图像(rangedopplermap)；特征提取单元，连接所述变换单元，用于对所述手部的距离多普勒图像进行特征提取；所述手势识别单元，连接所述特征提取单元，用于根据提取的特征进行手势动作识别。具体来说，所述变换单元讲所述数字信号变换为手部的距离多普勒图像的具体步骤是：将所述数字信号依次进行第一次快速傅里叶变换、静态背景噪声滤波处理；然后将与当前采样周期相邻的前若干个采样周期获得的雷达回波信号也分别依次经所述第一预处理单元、所述第二预处理单元的处理，得到与前若干个采样周期一一对应的多个前数字信号；将多个前数字信号再分别依次进行第一次快速傅里叶变换、静态背景噪声滤波处理；将当前经静态背景噪声滤波处理后的信号与前若干个采用周期经静态背景噪声滤波处理后的信号共同组织成矩阵形式的信号组合，并将所述矩阵形式的信号组合在采样周期标签的维度上进行第二次快速傅里叶变换，从而得到手部的距离多普勒图像。其中，可以采用移动目标指示滤波器(movingtargetindicator)进行静态背景噪声滤波处理，所述静态背景噪声是指无手势动作时所述信号收发模块111接收到的回波信号。
为了进一步提高手势动作识别的准确性，更有选的，在进行手势动作识别之前，还通过学习算法建立手势动作识别模型。具体来说，在手势动作识别模型的训练阶段：首先，根据一采用周期获得的手部的距离多普勒图像计算出多个手势识别特征，所述手势识别特征包括但不限于手部发生的位移、微波雷达信号的平均频率偏移、雷达回波信号的总能量、手部移动平均速度等；其次，采用主成量分析(principalcomponentanalysis)算法对所述手势识别特征进行降维处理，以得到一组固定的特征组合，并将所述特征组合存储于所述特征提取单元；最后，采用学习算法(例如随机森林算法)对收集到的训练样本集合进行训练，以建立手势动作识别模型，并将所述手势动作识别模型存储于所述手势识别单元。所述训练样本集合为收集到的真实数据集，所述训练样本包括接收到的回波信号以及对应的手势动作，训练过程中需计算出训练数据的特征组合量，至模型收敛后最终建立手势动作识别模型。这样，在进行手势识别的过程中，所述特征提取单元根据所述特征组合对所述手部的距离多普勒图像进行特征提取；所述手势识别单元根据所述手势动作识别模型以及所述特征提取单元提取的特征对手势动作进行识别。
为了进一步提高所述水龙头的灵敏性以及智能性，优选的，本具体实施方式提供的水龙头中的所述控制模块13用于判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述水龙头开启。其中，所述第一动作可以是所述水龙头的生产商预先存储于所述控制模块13中的，也可以是用户预先设定并存储于所述控制模块13中。为了增强所述水龙头使用的灵活性，并提高用户开启水龙头的效率，优选的，判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配是指：判断所述手势动作与预先设置的第一动作的相似度是否高于第一预设值，若是，则确认所述手势动作与预先设置的第一动作匹配；若否，则确认所述手势动作与预先设置的第一动作不匹配。具体来说，所述水龙头中还包括与所述控制模块13连接的电磁脉冲阀15。当所述控制模块13判断所述手势动作与预先设置的第一动作的相似度高于所述第一预设值时，则向所述电磁脉冲阀15发送第一控制信号，以控制所述电磁脉冲阀15开启所述水龙头。
为了进一步提高所述水龙头的智能性，并扩大所述水龙头的应用范围，优选的，所述控制模块13还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水流量。更优选的，所述控制模块13还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水温度。与所述第一动作类似，所述第二动作和所述第三动作可以是所述水龙头的生产商预先存储于所述控制模块13中的，也可以是用户预先设定并存储于所述控制模块13中。具体来说，所述控制模块13根据所述手势动作计算手部的俯角、仰角和位移等参数，来实现对所述水龙头出水流量和或出水温度的设置。举例来说，所述水龙头中还包括第一步进电机14和第二步进电机16，且所述第一步进电机14、所述第二步进电机16均与所述控制模块13连接，并以手部在水平面内的平移运动作为第二动作、以手部在与所述水平面垂直的竖直面内的平移运动作为第三动作；所述控制模块13根据所述手势动作计算手部的俯角、仰角和位移等参数，判断所述手势动作是否与所述第二动作匹配，若是，则向所述第一步进电机14发送第二控制信号，以调整所述水龙头出水流量的大小，例如以手部在水平面内向左平移为增大出水流量、在水平面内向右平移为减小出水流量，或者反之；所述控制模块13根据所述手势动作计算手部的俯角、仰角和位移等参数，判断所述手势动作是否与所述第三动作匹配，若是，则向所述第二步进电机16发送第三控制信号，以调整所述水龙头出水温度的大小，例如以手部在竖直面内向上平移为升高出水温度、在竖直面内向下平移为降低出水温度，或者反之。
为了避免水资源的浪费，所述控制模块13还用于判断所述手势动作在一预设时间内是否保持不变，若是，则控制所述水龙头关闭。具体来说，所述控制模块13根据多普勒频移追踪所述手势动作，若检测到所述手势动作在一预设时间内保持不变，则确认用户停止了洗手动作，则向所述电磁脉冲阀15发送第四控制信号，以控制所述电磁脉冲阀关闭所述水龙头。这样，在用户完成洗手动作后，水龙头就能及时关闭，避免了水资源的浪费，达到了节水、省水的目的。请参考表1，为本发明一个具体实施方式中预设的手势动作与水龙头的状态控制的对应关系。
表1预设的手势动作与水龙头的状态控制关系
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头的控制方法，附图2是本发明具体实施方式的水龙头的控制方法流程图。如图2所示，本具体实施方式提供的水龙头的控制方法，包括如下步骤：
步骤s21，周期性的向一预设范围发射微波雷达信号；
步骤s22，接收经手部反射后的雷达回波信号；
步骤s23，根据所述雷达回波信号识别手势动作；
步骤s24，根据所述手势动作控制水龙头的状态。
优选的，所述水龙头的控制方法还包括如下步骤：断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述水龙头开启。更优选的，所述水龙头的控制方法还包括如下步骤：判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水流量。更优选的，所述水龙头的控制方法还包括如下步骤：判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则调节所述水龙头的出水温度。以增强所述水龙头控制的智能性、灵活性和便捷性。
优选的，所述水龙头的控制方法还包括如下步骤：判断所述手势动作在一预设时间内是否保持不变，若是，则控制所述水龙头关闭。从而有效避免了水资源的浪费。
本具体实施方式提供的一种基于微波雷达手势识别技术的水龙头及其控制方法，采用微波雷达信号作为感应媒介，避免了用户在使用过程中与水龙头的频繁接触，从而杜绝了细菌交叉感染和传染性疾病的传播，提高了水龙头的智能性以及使用便捷性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。