自适应植物触摸检测方法与流程

本发明涉及家居智能化领域，具体地说是一种自适应植物触摸检测方法。

背景技术：

近年来，天然植物作为人机交互的媒介越来越受到人们的喜爱，具体表现为植物作为一个开关，触碰时能对台灯、音乐播放器等等电子设备进行控制。目前主要的触碰检测算法为固定阈值法，即设定某个固定阈值，对大于该阈值的测量值视为触碰事件，否则为背景，但此触碰检查算法不适应于植物触碰的应用，由于植物的类型、土壤类型、土壤水分以及盆栽材质的不同都会导致植物检测的背景量不同，变换环境时就会导致触碰的失灵。针对背景值会改变的应用情况，常用的方法是在初始化时获得当前背景值，对于之后非触摸的数据都用于背景的更新，这种检测算法对背景会改变的应用情况有一定的适应性，但是在触摸检测时依然选择固定增量阈值法，即测量值减去背景值大于设定的增量阈值视为触碰事件，否则为背景。该方式在触摸的灵敏度为定值时能有较好的检测效果，但是在触摸的灵敏度是变化的情况下，就能找到某个特定的阈值来适应这种应用了，比如检测植物触摸的智能硬件在接市电的情况下，灵敏度非常高，而在用内置电池供电时灵敏度会急剧下降，因此在适用于接市电时检测就无法适用于不接市电的情况了，并且接触植物的不同部位或者不同的接触面积都会导致灵敏度的不同，这种情况固定增量阈值法也无法适应。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种检测准确度高、灵敏度高、适应外界环境变化的自适应植物触摸检测方法。

本发明的具体的技术方案为：一种自适应植物触摸检测方法，所述的方法通过电容检测电路实施，在电容检测电路初始化后，包括以下步骤：

步骤1：通过电容检测电路获取电容参数；

步骤2：根据电容参数得到第一电容参数集B1，并根据电容参数判定是否处于无触摸状态S0，若是，则执行步骤1，若否，则根据第一电容参数集B1得到第一阈值R1，并执行步骤3；

步骤3：根据第一阈值R1判断是否处于触摸状态S，若是，则获取触摸状态S下的第二电容参数集B2，并执行步骤4；若否，则执行步骤1；

步骤4：重复步骤1至3直至获取预设数量的第二电容参数集B2；

步骤5：根据第二电容参数集B2和第一电容参数集B1确定第二阈值R2；

步骤6：根据第二阈值R2来检测植物是否被触摸。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，所述的触摸状态S由开始触摸状态S1、正在触摸状态S2和触摸完成状态S3组成；

所述的第二电容参数集B2为正在触摸状态S2时的电容参数的集合。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，所述的无触摸状态S0的判断方法为：判断当前电容参数是否大于前一电容参数，若否，则为无触摸状态S0，若是，则进入开始触摸状态S1。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，在开始触摸状态S1中包括以下子步骤：

子步骤31：判断开始触摸状态S1中的当前电容参数是否大于前一电容参数，若是，则第一累加变量A1加1，并执行子步骤32；若否，执行步骤1；

子步骤32：判断是否第一累加变量A1大于第一预设值且当前电容参数大于第一阈值R1，若是，则进入正在触摸状态S2；若否，则继续获取电容参数，并执行子步骤31。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，在正在触摸状态S2中包括以下子步骤：

子步骤33：判断当前电容参数是否不小于第一阈值R1，若是，则计算正在触摸状态S2的持续时间；若否，则进入触摸完成状态S3；

子步骤34：判断持续时间是否小于预设时间，若是，则继续获取电容参数，并执行子步骤33；若否，则执行步骤1。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，在触摸完成状态S3中包括以下子步骤：

子步骤35：判断当前电容参数是否小于前一电容参数，若是，则第二累加变量A2加1，并执行子步骤36；若否，执行步骤1；

子步骤36：判断是否第二累加变量A2大于第二预设值且当前电容参数小于第一阈值R1，若是，则执行子步骤37，若否，则继续获取电容参数，并执行子步骤35；

子步骤37：获取触摸状态S下的第二电容参数集B2；并执行步骤4。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，所述的第一电容参数集B1为无触摸状态S0中最后获得的若干个电容参数的集合；根据第一电容参数集B1得到的第一均值u1和第一方差σ1；根据第一均值u1得到第一阈值R1；

根据第二电容参数集B2得到第二均值u2和第二方差σ2；

根据第一均值u1和第一方差σ1和所有的第二均值u2和第二方差σ2得到第二阈值R2。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，当步骤6中获取的电容参数或步骤1中获取的电容参数在预设电容参数范围C外时，电容检测电路初始化，并执行步骤1。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，在步骤6中，当检查到植物被触摸时，获取触摸时的电容参数，并根据触摸时的电容参数得到第三阈值R3，根据第三阈值R3来检测植物是否被触摸。

在上述的自适应植物触摸检测方法中，所述的电容检测电路包括主控芯片，还包括电阻、电容和用于埋设在植物土壤中的金属片，所述的主控芯片上设有GND端，所述的主控芯片上设有第一I/O口、第二I/O口；

其中，电阻设置在第一I/O口和第二I/O口之间，所述第二I/O口与植物土壤相连，所述的电容设置在GND端和第二I/O口之间，所述的金属片与GND端相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本方案通过与环境相适应的变化的第二阈值R2来代替传统的固定阈值的检测植物触摸电路检测触摸状态，可以有效的适应外界环境的变化，减少非人为触摸而采样值突然骤变导致误判的情况。

2、本方案通过将触摸状态S拆分为开始触摸状态S1、正在触摸状态S2和触摸完成状态S3，并采用正在触摸状态S2的电容参数来得到第二电容参数集B2，这样的第二电容参数集B2更具参考性和稳定性。

3、本方案采用在无触摸状态S0获取的第一电容参数集B1来得到第一阈值R1，更能适应环境的变化。

4、本方案的第一电容参数集B1为无触摸状态S0中最后获得的若干个电容参数的集合，这样避免了采集在初始化后电容参数，使第一电容参数集B1更具代表性和稳定性。

5、本方案的在正常的触摸检测中或者步骤1时所获取的电容参数与预设电容参数范围C相比，这样可以排除短时间的极端外界环境变化对触摸检测的影响，如电路供电在市电和电池供电间短时间频繁转换、更换盆栽位置、土壤水分剧烈变化等，防止电容检测电路失灵。

6、本方案的优选的电容检测电路增设了金属片，该金属片相当于增加了GND端和土壤之间的等效电容C1，这样即使在电池供电的情况下，电容参数也能够容易准确的获得。

附图说明

图1是本发明实施例1的流程方框图；

图2是本发明实施例1和实施例2的流程方框图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例3的结构示意图；

图5是本发明实施例3的结构方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

如图1所示，一种自适应植物触摸检测方法，所述的方法通过电容检测电路实施，在电容检测电路初始化后，包括以下步骤：

步骤1：通过电容检测电路获取电容参数；

在工业设计和制造的过程中，电容检测电路的可以选择的种类很多，如RC充放电式电容检测电路、谐振式电容检测电路、振荡器式电容检测电路，在本实施例中以RC充放电式电容检测电路为例，电容参数为对RC充放电式电容检测电路进行充放电并检测充放电时间，通过该原理可以获得触摸与无触摸时RC充放电式电容检测电路的GND端与土壤之间的等效电容C1的变化量。

步骤2：根据电容参数得到第一电容参数集B1，并根据电容参数判定是否处于无触摸状态S0，若是，则执行步骤1，若否，则根据第一电容参数集B1得到第一阈值R1，并执行步骤3；

一般来说，无触摸状态S0时，前后的电容参数都是处于一个相对恒定的状态，当有触摸时，则电容参数会处于急速变大的状态。这种相对稳定的第一电容参数集B1再加上一个合理设定的值，则可以判定触摸状态的第一阈值R1。

步骤3：根据第一阈值R1判断是否处于触摸状态S，若是，则获取触摸状态S下的第二电容参数集B2，并执行步骤4；若否，则执行步骤1；

在实际应用中，获取触摸状态S下的第二电容参数集B2需要选择电容参数稳定的阶段的多个电容参数，这样使第二电容参数集B2更具有代表性。

如果之前判断的不属于无触摸状态S0的相关状态持续很短或者不稳定或者不符合经过多次触摸测试所反映的规律，则可以判断该状态为非正常的触摸状态S，需要舍弃，并重新进行之前的操作，即执行步骤1。这样避免了非人为触摸导致的误判，提高本方法的准确性。这里所说的非人为触摸包括在没有人触摸的情况下因风吹、震动等因素产生的不属于无触摸状态S0的判断。

步骤4：重复步骤1至3直至获取预设数量的第二电容参数集B2；

在本步骤中，预设数量的第二电容参数集B2可以选择为8个、9个、10个或更多，对此不做过多限制，如果预设数量的第二电容参数集B2的数量少比如2个或3个，则后续得到的第二阈值R2不具有代表性，特别是在外界环境反复频繁变化的情况下，这种不具有代表性的数据体现更为明显。如果预设数量的第二电容参数集B2的数量过多，如30个、50个，则计算量大、测试时间长，应用意义不大。

步骤1-4为搜索状态Ss。

步骤5：根据第二电容参数集B2和第一电容参数集B1确定第二阈值R2；

在这里，第二阈值R2具体来说是取第二电容参数集B2和第一电容参数集B1中所有的电容参数的平均值，或者对第二电容参数集B2和第一电容参数集B1进行进一步处理后，再对处理后的数据求平均值。

步骤6：根据第二阈值R2来检测植物是否被触摸。

一旦确定了第二阈值R2，则象征着检测进入了确认状态Sc，确认状态Sc的触摸判断只需要根据第二阈值R2即可确定，这种判定方式与传统的判断方法可以无明显区别。

这里的第二阈值R2为环境变化后的重新得到的动态的阈值。

通过本实施例的方法，用与环境相适应的变化的第二阈值R2来代替传统的固定阈值的检测植物触摸电路检测触摸状态，可以有效的适应外界环境的变化，减少非人为触摸而采样值突然骤变导致误判的情况。

实施例2

如图1和2所示，一种自适应植物触摸检测方法，所述的方法通过电容检测电路实施，在电容检测电路初始化后，包括以下步骤：

步骤1：通过电容检测电路获取电容参数；

步骤2：根据电容参数得到第一电容参数集B1，并根据电容参数判定是否处于无触摸状态S0，若是，则执行步骤1，若否，则根据第一电容参数集B1得到第一阈值R1，并执行步骤3；

步骤3：根据第一阈值R1判断是否处于触摸状态S，若是，则获取触摸状态S下的第二电容参数集B2，并执行步骤4；若否，则执行步骤1；

所述的触摸状态S由开始触摸状态S1、正在触摸状态S2和触摸完成状态S3组成；

所述的第一电容参数集B1为无触摸状态S0中最后获得的若干个电容参数的集合；这里的电容参数可以为150个，也可以为200个，也可以为300个，优选为第一电容参数集B1的设计个数为200个，在进行数据处理时，将第一电容参数集B1中的第一个数据舍弃，避免数据收集使最开始数据意外的异常导致数据处理得到的结果不准确。

根据第一电容参数集B1得到的第一均值u1和第一方差σ1；根据第一均值u1得到第一阈值R1。具体来说，第一均值u1和第一方差σ1通过统计学计算得到，R1＝u1+20。这里的20是本实施例中预先设计的值，该值为相应规格的电容检测电路经过测试后得到的数据，不同的规格和型号的电容检测电路对应的值不同，需要根据实际情况灵活设置。

需要说明的是，在本实施例中，所有的电容参数在进行收集、判定前均需要进行8邻域的均值滤波，减少RC充放电电路产生的随机干扰对处理影响。

所述的第二电容参数集B2为正在触摸状态S2时的电容参数的集合。

具体来说，无触摸状态S0的判断方法为：判断当前电容参数是否大于前一电容参数，若否，则为无触摸状态S0，若是，则进入开始触摸状态S1。

如图2所示，在实际触摸测试的过程中，步骤3具体包括如下子步骤：

子步骤31：判断开始触摸状态S1中的当前电容参数是否大于前一电容参数，若是，则第一累加变量A1加1，并执行子步骤32；若否，执行步骤1；

在本实施例中，当前电容参数是指在该步骤或子步骤中所即时获取的电容参数。

子步骤32：判断是否第一累加变量A1大于第一预设值且当前电容参数大于第一阈值R1，若是，则进入正在触摸状态S2，执行子步骤33；若否，则继续获取电容参数，并执行子步骤31。

第一预设值表示，子步骤31中“是”的判定次数，当判断次数可以选择为4、5、6次，也可以为更多，一般来说，如果判断次数过多，则正在触摸状态S2就会相应变短，因此设置判断次数的合理数目也是在实际应用中必要的。

子步骤33：判断当前电容参数是否不小于第一阈值R1，若是，则计算正在触摸状态S2的持续时间；若否，则进入触摸完成状态S3，执行子步骤35；

当前电容参数小于第一阈值R1可以判定触摸已经接近结束，即进入触摸完成状态S3。

子步骤34：判断持续时间是否小于预设时间，若是，则继续获取电容参数，并执行子步骤33；若否，则执行步骤1。

持续时间的设定可以为7s、8s、9s、10s等，其代表的意义为，如果电容参数持续的第一阈值R1，则该状态为异常状态，因为用户很少和植物接触时间超过该时间，判定为异常状态，该次第二电容参数集B2的获取从步骤1开始重新进行。

子步骤35：判断当前电容参数是否小于前一电容参数，若是，则第二累加变量A2加1，并执行子步骤36；若否，执行步骤1；

在触摸完成状态S3中，后一电容参数一般情况下是小于前一电容参数的，如果此时出现后一电容参数大于前一电容参数的情况，则自动判断为异常情况，该次第二电容参数集B2的获取从步骤1开始重新进行。

子步骤36：判断是否第二累加变量A2大于第二预设值且当前电容参数小于第一阈值R1，若是，则执行子步骤37，若否，则继续获取电容参数，并执行子步骤35；

第二预设值表示，子步骤35中“是”的判定次数，当判断次数可以选择为3、4、5、6次，也可以为更多，一般来说，上述设置是比较合理的，具体要根据各不同型号的电容检测电路的电容参数获取频率而定，并结合测试的一般情况下触摸完成状态S3持续时间而定，频率比较高，则在触摸完成状态S3中“是”的判定次数较多，反之，较少。

子步骤37：获取触摸状态S下的第二电容参数集B2；并执行步骤4。

步骤4：重复步骤1至3直至获取预设数量的第二电容参数集B2；

在实际操作过程中，预设数量的第二电容参数集B2可以选择为8个、9个、10个或更多，对此不做过多限制，如果预设数量的第二电容参数集B2的数量少比如2个或3个，则后续得到的第二阈值R2不具有代表性，特别是在外界环境反复频繁变化的情况下，这种不具有代表性的数据体现更为明显。如果预设数量的第二电容参数集B2的数量过多，如30个、50个，则计算量大、测试时间长，应用意义不大。

在这里第二电容参数集B2的预设数量可以以第三累加变量A3来表示。

步骤1-4为搜索状态Ss。

步骤5：根据第二电容参数集B2和第一电容参数集B1确定第二阈值R2；

在这里，对第二电容参数集B2和第一电容参数集B1进行进一步处理后，再对处理后的数据求平均值。更为具体来说，根据第二电容参数集B2得到第二均值u2和第二方差σ2；

如在本实施例中，预设数量的第二电容参数集B2的个数为10个，则第二均值u2和第二方差σ2就有10对。第二阈值R2的具体的计算方法为R2＝〔u1+σ1+∑₁¹⁰(u2+σ2)〕/11。

步骤6：根据第二阈值R2来检测植物是否被触摸。

在步骤6中，当检查到植物被触摸时，获取触摸时的电容参数，并根据触摸时的电容参数得到第三阈值R3，根据第三阈值R3来检测植物是否被触摸。

更为具体来说，当检查到植物被触摸时，同样分为开始触摸状态S1、正在触摸状态S2和触摸完成状态S3，判断方法类似于子步骤31～子步骤36，只是在子步骤31～子步骤36中判定的异常情况在本步骤中均以非正常数据舍弃，重新进行本步骤6。当在本步骤6的正常触摸检测中，获取正在触摸状态S2的电容参数，并将该电容参数的集合作为第三电容参数集B3，并根据第三电容参数集B3求均值得到第三阈值R3，重复操作不断更新阈值。

在本实施例中，电容检测电路初始化的时机选择也是本发明的一个非常有特色的地方，当步骤6中获取的电容参数或步骤1中获取的电容参数在预设电容参数范围C外时或者断电后重新通电，电容检测电路初始化，并执行步骤1。电容检测电路初始化具体包括清除第二阈值R2、第一阈值R1、第二累加变量A2、第一累加变量A1、第三累加变量A3清零等。

在实际应用中，预设电容参数范围C为研究人员统计了各种不同极端外界环境变化的规律得到，如电路供电在市电和电池供电间短时间频繁转换、更换盆栽位置、土壤水分剧烈变化等。

这也是本发明适应于外界环境变化的一个重要体现，防止电容检测电路失灵。

实施例3

本实施例提供一种具体的电容检测电路，该电容检测电路适用于上述的实施例1和2。

如图1所示，其包括主控芯片1，还包括电阻R、电容C2和用于埋设在植物4土壤中的金属片2，所述的主控芯片1上设有GND端3，所述的主控芯片1上设有第一I/O口11、第二I/O口12；

其中，电阻设置在第一I/O口11和第二I/O口12之间，所述第二I/O口12与植物4土壤相连，所述的电容C2设置在GND端3和第二I/O口12之间，所述的金属片2与GND端3相连。

进一步地，还包括埋设在植物4土壤中的触碰检测端5，所述的植物4土壤和第二I/O口12通过触碰检测端5连接。同时，本实施例中还可以设置电池6，通过电池6为电容检测电路供电。

如图5所示，所述的主控芯片1可以分别与音乐播放模块7、室内灯光控制单元8、空气净化器9连接，通过主控芯片控制音乐播放模块7、室内灯光控制单元8、空气净化器9的启动或停止。

在其工作过程中，如图4所示，植物4的土壤和GND端3形成一个等效电容C1，主控芯片1通过将第一I/O口11设置为高电平或低电平来对电阻R、电容C2、等效电容C1所形成的RC电路进行充放电，通过第二I/O口12进行电压阈值检测，并计算第二I/O口12的从开始充电并电压达到高电平阈值加上从开始放电并电压达到低电平阈值的时间总和T，为减少干扰，采取多次(N次)采样累加得到NT。由于电阻R、电容C2不变，所以时间的变化ΔT等效于植物4的土壤与电路的GND端3即金属片2的等效电容C1的变化ΔC。当人触碰植物4时，等效电容C1产生变化ΔC，在金属片2的作用下，这个ΔC是足够大以至于能够让主控芯片1识别，从而控制器第二I/O口12检测到时间的变化ΔT，再通过算法处理识别，即实现人触碰植物的检测。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。