净水器智能数据采集控制系统及其控制方法与流程

本发明属于净水器制造领域，尤其涉及一种净水器智能数据采集控制系统及其控制方法。

背景技术：

净水器是将自来水进行净化后提供给人们干净、卫生的饮用水的设备，目前的净水器一般都有加热和制冷功能，人们可根据自身需要获取热水和冰水。但随着社会的发展，人们生活水平的提高，目前净水器的功能已经无法满足人们的需要。需要有一款根据人们平常的饮水量、身体指标给出健康建议的智能系统，以提供给用户综合的、全面的健康分析指导服务。

技术实现要素：

本发明主要解决原有净水器功能比较单一，不能根据每个饮水者的个体情况给出健康建议，无法满足人们日益增长的需要的技术问题；提供一种净水器智能数据采集控制系统及其控制方法，其能采集每个饮水者的多种参数，经过计算分析后给出健康生活建议，并发送至饮水者的手机APP，提供给用户综合的、全面的健康分析指导服务，而且用户查看和使用都非常方便。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的净水器智能数据采集控制系统，包括净水器，所述的净水器的出水口处设有流量计、温度传感器和水质传感器，净水器上安装有能拍摄接水者形貌图像的摄像头，净水器内安装有主控电路，流量计、温度传感器、水质传感器及摄像头的信号输出端分别和所述的主控电路相连，主控电路通过无线或有线网络和服务器相连，服务器通过无线网络和接水者的手机APP相连。主控电路一般由单片机及其外围电路构成。摄像头拍摄视频，采集图像信息，输送给主控电路，主控电路从视频中截取接水者的实时照片，进行图像分析处理，获得待识别的接水者照片，将照片中的人脸和预先存在人脸库中的人脸进行比对，识别出接水者，用来标记用户。流量计检测净水器出水口的水流量，发出脉冲信号给主控电路，主控电路计算出水流量，进行压缩处理，并标记用户，发送给服务器。温度传感器检测净水器进出水口的水温，温度传感器检测实时水温，到设定水温时通过温控电路停止加热或停止制冷。测得的实时水温输送给主控电路，主控电路标记时间和用户后，发送给服务器，再由服务器发送给用户的手机APP，可实时向用户展示水温变化情况，同时作为用户调节水温的依据。水质传感器检测净水器实时水质信息，将这些信息通过IIC协议发送给主控电路，主控电路在净水器的显示屏幕上显示水质情况的同时还通过网络发送给服务器。接水者的接水量、水温、水质作为每次接水的饮水记录存储在服务器中，服务器每周或每月调取每个用户的数据进行计算和分析，并把分析出的数据及健康饮水建议通过无线网络发送到所对应的饮水用户的手机APP，便于用户查看，以改变饮水方式，促进人们更健康地生活。

作为优选，所述的净水器上设有红外热成像仪，红外热成像仪和所述的主控电路相连。红外热成像仪可实时测量用户自身发出的红外线，并把这些数据输送给主控电路，经主控电路压缩处理并标记用户后通过网络上传给服务器，服务器结合通过摄像头获取的接水者照片，生成用户的实时人体3D图像，计算出用户的身高、三围等数据，并将数据传输至用户手机APP，用户可随时查看这些数据，了解自己的健康状况，同时这些数据也作为服务器建议用户每天健康饮水量的依据。红外热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与人体表面的热分布场相对应。红外热成像仪就是将人体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表不同温度。通过查看热图像，可以获取人体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。

作为优选，所述的净水器上设有光电式脉博传感器，光电式脉博传感器和所述的主控电路无线相连。光电式脉博传感器一般安装在净水器出水龙头下方的机壳部位，正好和接水者握持水杯时的手指位置相对应。本技术方案中所用的光电式脉博传感器，与普通的指静脉传感器相比，具有检测更稳定、检测距离更远的优点。其内部集成了多路高精度运算放大器，测量精度高，检测距离大大变长。普通指静脉传感器检测时需要手指或其他被测量部位紧贴传感器，本技术方案中的光电式脉博传感器无需和手指或其他被测量部位紧贴，只要被测者的手指和光电式脉博传感器的间距在20cm以内都可准确测出用户的实时体表温度和心率。光电式脉博传感器利用特定频率的光子穿透皮肤而检测血液的流动情况，通过算法进行处理从而获取人体当时的体表温度和心率。光电式脉博传感器将采集到的信息实时发送给主控电路，主控电路进行压缩标记，发送给服务器，再由服务器传输至用户手机APP，用户可随时查看这些数据，了解自己的健康状况，同时这些数据也作为服务器建议用户每天健康饮水量的依据。

作为优选，所述的光电式脉博传感器为OPT101型光电式脉博传感器。OPT101型光电式脉博传感器是集光敏器件(光敏二极管)与信号放大于一体的传感器。其采用单电源供电，压电输出，输出电压随照射到光敏器件的光强度呈线性变化。手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织，其中非血液组织的光吸收量是恒定的，而在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的，可以忽略。因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的，那么在恒定波长的光源的照射下，本传感器利用透射式的测量方法，通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。

本发明净水器智能数据采集控制系统的控制方法为：所述的摄像头拍摄视频，采集图像信息，输送给所述的主控电路，主控电路从视频中截取接水者的实时照片，进行图像分析处理，获得待识别的接水者照片，将照片中的人脸和预先存在人脸库中的人脸进行比对，识别出接水者；所述的流量计采集接水者的接水流量，所述的温度传感器采集净水器出水口水温，所述的水质传感器检测实时水质，上述数据分别输送给所述的主控电路，主控电路根据识别结果先进行压缩标记，再经无线或有线网络发送给所述的服务器，服务器分用户名保存，服务器每周或每月调取每个用户的数据进行计算和分析，并把分析出的数据及建议通过无线网络发送到所对应的用户的手机APP。

作为优选，所述的净水器上设有红外热成像仪，红外热成像仪和所述的主控电路相连；红外热成像仪实时测量接水者自身发出的红外线，并将测得的红外线数据输送给所述的主控电路，主控电路先进行压缩标记，再经无线或有线网络发送给所述的服务器，服务器将这些数据和通过所述的摄像头获取的图片进行对比结合，生成接水者的实时人体3D图像，计算出接水者的身高和三围，经服务器发送到接水者的手机APP，同时服务器通过计算和分析，给出用户每天健康饮水量建议，也发送到接水者的手机APP。

作为优选，所述的净水器上设有光电式脉博传感器，光电式脉博传感器和所述的主控电路无线相连；当接水者靠近净水器时，光电式脉博传感器采用光电容积脉搏波描记法，利用特定频率的光子穿透接水者人体皮肤而采集接水者体内血液流动信息，经过处理获取接水者的实时体表温度和心率，并输送给所述的主控电路，主控电路先进行压缩标记，再经服务器发送到接水者的手机APP，同时服务器分用户名保存上述数据，服务器每周或每月调取每个用户的各种数据进行计算和分析，并把分析出的数据及建议通过无线网络发送到所对应的用户的手机APP。本技术方案中的光电式脉搏传感器采用光电容积脉搏波描记法，光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy，简称PPG)是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。PPG是一种利用皮肤对光的反射或透射来评价皮肤血流灌注有关信息的方法，在皮肤的表皮、真皮和皮下组织的三层结构中各有不同的光学性质，并由此提出皮肤的光学模型：在50～150μm薄薄的表皮层中只吸收光而不散射，在其下的1～4mm的真皮层中，骨胶原产生的散射光将起主要作用，光的穿透深度主要由它决定，体内血液中的血小板、氧合血红蛋白和胆红素是真皮中可见光的主要吸收者。不同波长的入射光对皮肤的穿透深度是不同的，如波长为250nm的光束对皮肤的穿透深度仅为2μm，而当波长为1000nm红外光时，其穿透深度可达到1600μm。在PPG的测量中可以用不同波长的光束来记录皮肤不同深度动脉搏动信息，并由此记录到皮肤的血压值和皮肤血管的特征频率。

作为优选，所述的主控电路接收到所述的摄像机发来的视频信息后，通过截取视频流的方式获取接水者的实时照片，进行图像分析处理，图像分析处理方法包括如下步骤：

a.对获取的实时照片的图像数据进行倾斜校正；

b.对倾斜校正后的图像数据作形态学处理去除孤立点和毛刺消除图像噪声；

c.对去噪后的图像进行自适应亮度均衡化处理；

d.作阈值分割得到二值图像；

e.对二值图像作边缘增强处理；

f.对增强处理后的图像分别进行主分量分析PCA、椭圆傅里叶描述子特征和二维傅里叶变换这三种特征的提取，获得待识别的接水者照片。

确保获得的待识别照片清楚，有利于识别，提高识别的准确性。

本发明的有益效果是：通过采集每个饮水者的体温、心率、常用喝水温度、喝水量、脸部特征及身高、三围等个人信息，经过计算和处理并进行综合分析后，自动生成用户每天实时健康状况，每周、每月健康状况变化图，并给出建议饮水量、运动量和锻炼方式等，通过网络发送给用户手机APP，提供给用户综合的、全面的健康分析指导服务，促进人们更健康地生活。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接结构框图。

图中1.主控电路，2.流量计，3.温度传感器，4.水质传感器，5.摄像头，6.红外热成像仪，7.光电式脉博传感器，8.服务器，9.手机APP。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的净水器智能数据采集控制系统，如图1所示，包括净水器，净水器的出水口处安装有流量计2、温度传感器3和水质传感器4，净水器上安装有能拍摄接水者形貌图像的摄像头5，还安装有红外热成像仪6和光电式脉博传感器7，光电式脉博传感器7安装在出水龙头下方，和饮水者接水时握持在水杯上的手指位置相对应，本实施例中，光电式脉博传感器采用OPT101型光电式脉博传感器，净水器内安装有主控电路1，流量计2、温度传感器3、水质传感器4、摄像头5、红外热成像仪6及光电式脉博传感器7的信号输出端分别和主控电路1相连，主控电路1通过无线或有线网络和服务器8相连，服务器8通过无线网络和接水者的手机APP9相连。图1中虚线代表网络连接。

流量计主要由塑料阀体、水流转子组件和霍尔传感器组成。它装在净水器的出水端，用于检测出水流量，当水通过水流转子组件时，磁性转子转动并且转速随着流量变化而变化，霍尔传感器输出相应脉冲信号。

温度传感器采用NTC热敏电阻(负温度系数热敏电阻)，是一类电阻值随温度增大而减小的一种传感器电阻。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。

水质传感器采用TDS水质传感器，由电源接口、通信接口、TDS检测单元和温度检测单元等部分组成，能够实现对水TDS值或电导率的测量，且带有温度补偿功能，能够自动换算成25℃水温下的TDS值。主要应用于净水设备进水口/出水口TDS值的检测，并通过通信接口(UART/IIC)可将测量的水质参数上传给主控电路，以实现对水质参数的实时监测。

光电式脉博传感器，与普通的指静脉传感器相比，具有检测更稳定、检测距离更远的优点。其内部集成了多路高精度运算放大器，测量精度高，检测距离大大变长。普通指静脉传感器检测时需要手指或其他被测量部位紧贴传感器，本技术方案中的光电式脉博传感器无需和手指或其他被测量部位紧贴，只要被测者的手指和光电式脉博传感器的间距在20cm以内都可准确测出用户的实时体表温度和心率。光电式脉博传感器利用特定频率的光子穿透皮肤而检测血液的流动情况，通过算法进行处理从而获取人体当时的体表温度和心率。

红外热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与人体表面的热分布场相对应。红外热成像仪就是将人体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表不同温度。通过查看热图像，可以获取人体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。

摄像头结构为嵌入式RTOS设计，双核32位DSP(Hi3518EV200)，纯硬压缩，看门狗，8M FLASH，64M内置DDR2；传感器为200万像素1/2.7″CMOS，彩色1.0Lux@F1.2，黑白0.1Lux@F1.2；集成LED控制电路，集成IR-CUT驱动，支持Sensor+IR-CUT+光敏+LED补光的联动控制，支持日夜转换；支持Web配置，支持OSD，支持实时视频传输，支持移动侦测报警联动，支持移动侦测报警后中心提醒和画面弹出联动；支持远程监控软件等系统应用；支持手机监控，支持云服务；可选离线告警推送和云存储。

上述净水器智能数据采集控制系统的控制方法为：

摄像头5拍摄视频，输送给主控电路1，主控电路1从视频中截取接水者的实时照片，进行图像分析处理，图像分析处理方法包括如下步骤：

a.对获取的实时照片的图像数据进行倾斜校正；

b.对倾斜校正后的图像数据作形态学处理去除孤立点和毛刺消除图像噪声；

c.对去噪后的图像进行自适应亮度均衡化处理；

d.作阈值分割得到二值图像；

e.对二值图像作边缘增强处理；

f.对增强处理后的图像分别进行主分量分析PCA、椭圆傅里叶描述子特征和二维傅里叶变换这三种特征的提取，获得待识别的接水者照片；

然后将照片中的人脸和预先存在人脸库中的人脸进行比对，识别出接水者；

流量计2采集接水者的接水流量；温度传感器3采集净水器出水口水温；水质传感器4检测实时水质；红外热成像仪6实时测量接水者自身发出的红外线，获得红外热像图；当接水者靠近净水器时，光电式脉博传感器7采用光电容积脉搏波描记法，利用特定频率的光子穿透接水者人体皮肤而采集接水者体内血液流动信息，经过处理获取接水者的实时体表温度和心率。上述数据分别输送给主控电路1，主控电路1根据识别结果先进行压缩标记，再经无线或有线网络发送给服务器8，服务器8分用户名保存，接水者每次的接水量、接水温度、水质及时间都记录在案，并通过无线网络发送给接水者的手机APP。服务器将由红外热成像仪测得的红外线数据和通过摄像头获取的图片进行对比结合，生成接水者的实时人体3D图像，计算出接水者的身高和三围，一方面记录在案，一方面也发送到接水者的手机APP。服务器将光电式脉博传感器7测得的接水者的体温和脉搏，一方面记录在案，一方面也发送到接水者的手机APP。服务器将每个接水者每次的接水量、接水温度、水质、时间、身高和三围及体温和脉搏分用户名进行保存，服务器每周或每月调取每个用户的上述数据，经过计算和处理并进行综合分析后，自动生成用户每天实时健康状况，每周、每月健康状况变化图，并给出建议饮水量、运动量和锻炼方式等，通过无线网络发送给用户手机APP，提供给用户综合的、全面的健康分析指导服务，促进人们更健康地生活。