一种基于神经网络的智能自适应温控出水方法及装置与流程

本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水方法、装置及采用该装置的热水系统。

背景技术：

对于每一个人，由于具体环境温度的不同，人体具体温度在不同时间段的不同，个体间具体体温的不同，个人对水温偏冷偏热的偏好不同，使得每个人在不同的环境及时间段下都会对最舒适水温有一个具体的要求，并且这个具体的最舒适水温都是不同的，所有现有的出水装置均不能满足解决上述问题的要求，即随时随地为具体用户提供其最舒适水温。

目前现有的温控水龙头主要是机械式水龙头和电磁阀控制出水的感应水龙头，还有采用恒温阀进行电子调温的水龙头，这些水龙头都有不足的地方。例如：结构存在不合理容易受到二次污染，容易堵塞，机械寿命短，功能单一，出水温度控制设计不合理，用户容易被烫伤或冻到，出水温度控制精度不高，最重要的是不能实现出水温度可以智能实时地每次使用均可一步到位达到不同用户偏好的最舒适温度等，使用过程中仍需要人为地多次调节才可达到一个稍微比较舒适的出水温度，十分不方便。

技术实现要素：

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水方法、装置及采用该装置的热水系统，结构简单，使用寿命更长，实现了随时随地出水温度可以智能地每次使用均可一步到位达到不同用户偏好的最舒适温度，提高了出水温度控制精度。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置及采用该装置的热水系统，包括上盖板、下盖板、热水输入管、冷水输入管、出水管、步进电机、丝杆、控制面板、环境温度传感器、红外人体温度传感器、第一水温传感器、热水温度传感器、冷水温度传感器、出水口电磁阀开关、身份识别系统总开关装置、冷水开口调节阀、热水开口调节阀、第一从动同步轮、第二从动同步轮、主动同步轮、同步带、第一轴承组、第二轴承组、加热器a、加热器b、电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d、电磁阀e、电磁阀f、8升容量粗管、40升容量粗管；

所述身份识别系统总开关装置置于控制面板内，用户通过说出“开机”两个字或者将身份证放于控制面板上读卡区进行感应，身份识别系统将对用户身份进行识别；

较优地，控制面板上有三套身份识别装置；

较优地，其中一套是通过语音识别来进行身份识别的实现，即通过采集用户的声音特征进行不同用户的身份识别；

较优地，对于聋哑残疾人士，可以使用第二套身份识别装置，即通过在控制面板上“读卡区”感应身份证进行身份识别；

较优地，第三套身份识别装置通过签字识别实现，即用户通过在控制面板上的显示屏上手写个人特殊的符号，通过采集用户手写符号的特征进行不同用户的身份识别；

若该用户首次使用本发明装置，则在云端上新建该用户的个人使用数据档案，当该用户使用十次本发明装置后，则可以开启本发明装置的智能自适应偏好舒适水温输出模式，即用户在前十次使用本发明装置需通过控制面板上温度控制按钮手动调节出自己偏好的最舒适温度；

若该用户已使用本发明装置超过十次，则可以在任意具体本发明装置上直接进入智能自适应偏好舒适水温输出模式，直接享受个人偏好最舒适的水温；

较优地，在享受过程中，若出现水温感受不够舒适，则可以通过控制面板手动的对水温进行微调，并可通过控制面板上的显示屏观测到自己对水温的调节数据及实时出水温度；

较优地，该手动调节的数据及环境温度传感器、红外人体温度传感器、第一水温传感器、热水温度传感器、冷水温度传感器、步进电机上的编码器所采集到的对应数据将通过无线通讯网络连接并上传到云端，并被应用到该用户数据档案对应神经网络的训练当中，使得该用户的输出偏好最舒适水温更准确；

身份识别之后，整个装置将立即启动，若本发明装置热水输入管前端接有图5所示本发明装置可配套热水供应系统，则整个装置将在1分钟后再启动；

若该用户为前十次使用本发明装置，则控制面板上的控制器将采集环境温度传感器、红外人体温度传感器、第一水温传感器、热水温度传感器、冷水温度传感器、步进电机上的编码器的对应数据，并使用物联网技术，将这些数据通过无线通讯网络连接到物联网域名实现与云端间的互联互通；

较优地，使用云计算技术，在云端上使用上述所收集的数据对该用户数据档案对应的神经网络进行训练；

较优地，在此同时，该用户的个人身份识别信息，和环境温度传感器、红外人体温度传感器、第一水温传感器、热水温度传感器、冷水温度传感器、步进电机上的编码器所采集到的对应数据，还有该用户的偏好最适宜出水温度及输出该温度所对应的步进电机所需转角，包括训练结束后三个神经网络的所有权值和偏差，都将一并被保存在云端该用户数据库上；

若该用户已使用本发明装置超过十次，即该用户数据档案对应的神经网络已训练完成，则控制面板上的控制器将采集环境温度传感器、红外人体温度传感器、第一水温传感器、热水温度传感器、冷水温度传感器的对应数据，并通过无线通讯网络连接并上传到云端，在云端上使用该已训练完成的神经网络计算出要得到该用户偏好最舒适出水温度时步进电机相对于其初始位置时的绝对角度；

通过无线通讯网络，计算出的要得到该用户偏好最舒适出水温度时步进电机相对于其初始位置时的绝对角度将被传输到该用户具体正在使用已启动的本发明装置中；

较优地，本发明装置可以在任意合适的位置上进行安装，用户在使用任意位置上任意一个本发明装置，在无需其他额外操作的情况下，都可得到个性化的偏好最舒适水温；

较优地，计算出的要得到该用户偏好最舒适出水温度时步进电机相对于其初始位置时的绝对角度被传输到该用户具体正在使用已启动的本发明装置后，控制面板内的控制器将根据该角度进行计算，得到输出该用户偏好最舒适出水温度时所对应步进电机所需要转过的具体角度，最终向步进电机发送对应脉冲信号，步进电机获得脉冲信号后进行转动，步进电机主轴带动主同步轮同步转动，主同步轮通过同步带带动第一从动轮和第二从动轮同时转过相同角度，第一从动轮和第二从动轮又分别使得第一丝杆和第二丝杆进行同向旋转；

较优地，第一丝杆螺纹为右旋，第二丝杆螺纹为左旋，使得步进电机主轴顺时针转动时，第一丝杆和第二丝杆均逆时针进行转动，不同的是，第一丝杆往外旋出，使得热水开口调节阀阀口变大，第二丝杆往里旋入，使得冷水开口调节阀阀口变小，这两个阀口的大小变化率显然是相同的，并且在初始位置时，热水开口调节阀阀口完全关闭，冷水开口调节阀阀口完全打开。

较优地，热水开口调节阀和冷水开口调节阀阀口开启大小调节完成后，出水口电磁阀开关开启，出水管输出该用户偏好最舒适温度的温水。

如图5所示为基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置可配套热水供应系统，入水处接入家庭一般自来水冷水管，当管内冷水温度在15℃及以上时，电磁阀a关闭，电磁阀b开启，若管内冷水温度在15℃以下时，则电磁阀a开启，电磁阀b关闭；

较优地，通过控制电磁阀a和电磁阀b的开关，保证冷水经加热器a加热后热水温度在40℃以上；

较优地，加热器a和加热器b均为8升型号燃气热水器，该热水器可在一分钟内产生8升热水；

较优地，本发明可配套热水供应系统在启动的第一分钟，电磁阀c开启，电磁阀d关闭，电磁阀e开启，电磁阀f关闭；

较优地，待系统启动一分钟之后，电磁阀c关闭，电磁阀d开启，电磁阀e关闭，电磁阀f开启；

较优地，8升容量粗管和40升容量粗管均为直径16厘米的圆柱水箱，合计总长度略低于楼层高度，使得水箱方便安装并节省空间。

本发明的有益效果是：

本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置，通过对神经网络、物联网技术、云计算技术等的融合，实现了任意时刻任意空间(装有本发明装置的空间位置)装置出水温度可智能地可一步到位地达到不同用户偏好的最舒适温度，且在装置出水温度控制精度上及水温稳定性上都有大幅度提高，再者，同时使用本发明配套热水供应系统时，具有节能环保的效益。

附图说明

图1为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置总装轴视图；

图2为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置剖视图1(拆开上盖板)；

图3为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置剖视图2(拆开上下盖板)；

图4为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置冷、热水流量控制阀截面视图；

图5为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置可配套热水供应系统示意图；

图6为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置控制面板视图；

图7为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置神经网络ⅰ模型结构图；

图8为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置神经网络ⅱ模型结构图；

图9为本发明的基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置神经网络ⅲ模型结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

首先给出说明书中各附图标记的含义：

其中：1为出水口电磁阀开关、7为上盖板、5为下盖板、4为热水输入管、6为冷水输入管、3为出水管、13为步进电机、8为第一丝杆、11为第二丝杆、9为控制面板(内含身份识别系统总开关装置)、12为环境温度传感器、10为红外人体温度传感器、2为第一水温传感器、14为热水温度传感器、15为冷水温度传感器、24为冷水开口调节阀、23为热水开口调节阀、16为第一从动同步轮、18为第二从动同步轮、22为主动同步轮、21为同步带、20为第一轴承组、17为第二轴承组、26为加热器a、27为加热器b、25为电磁阀a、34为电磁阀b、28为电磁阀c、33为电磁阀d、30为电磁阀e、31为电磁阀f、29为8升容量粗管、32为40升容量粗管、35为显示屏、36为升温按钮、38为降温按钮、37为语音信号采集模块、39为读卡模块。

图7、图8和图9中，t1为冷水管中水温传感器所测温度，t2为热水管中水温传感器所测温度，t3的标签为第一水温传感器所测温度，t4为环境温度传感器所测温度，t5为红外人体温度传感器所测温度，t3'为具体用户偏爱最适宜温度，α为具体用户偏好最舒适出水温度时所对应步进电机所需要转过的具体角度，圆圈为神经元，圈中符号1为数字1，圈中符号∫为该神经元的激活函数，w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8为神经网络层与层之间的权值，b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8为神经网络上各层的偏差。

一种基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置及采用该装置的热水系统，包括上盖板、下盖板、热水输入管、冷水输入管、出水管、步进电机、丝杆、控制面板、环境温度传感器、红外人体温度传感器、第一水温传感器、第二水温传感器、第三水温传感器、出水口电磁阀开关、身份识别系统总开关装置、冷水开口调节阀、热水开口调节阀、第一从动同步轮、第二从动同步轮、主动同步轮、同步带、第一轴承组、第二轴承组、加热器1、加热器2、电磁阀1、电磁阀2、电磁阀3、电磁阀4、电磁阀5、电磁阀6、8升容量粗管、40升容量粗管；

所述身份识别系统总开关装置置于控制面板9内，用户通过说出“开机”两个字或者将身份证放于控制面板上读卡区进行感应，身份识别系统将对用户身份进行识别；

较优地，控制面板9上有三套身份识别装置；

较优地，其中一套是通过语音识别来进行身份识别的实现，即通过采集用户的声音特征进行不同用户的身份识别；

较优地，对于聋哑残疾人士，可以使用第二套身份识别装置，即通过在控制面板9上“读卡区”感应身份证进行身份识别；

较优地，第三套身份识别装置通过签字识别实现，即用户通过在控制面板9上的显示屏上手写个人特殊的符号，通过采集用户手写符号的特征进行不同用户的身份识别；

若该用户首次使用本发明装置，则在云端上新建该用户的个人使用数据档案，当该用户使用十次本发明装置后，则可以开启本发明装置的智能自适应偏好舒适水温输出模式，即用户在前十次使用本发明装置需通过控制面板9上温度控制按钮手动调节出自己偏好的最舒适温度；

若该用户已使用本发明装置超过十次，则可以在任意具体本发明装置上直接进入智能自适应偏好舒适水温输出模式，直接享受个人偏好最舒适的水温；

较优地，在享受过程中，若出现水温感受不够舒适，则可以通过控制面板9手动的对水温进行微调，并可通过控制面板9上的显示屏观测到自己对水温的调节数据及实时出水温度；

较优地，该手动调节的数据及环境温度传感器12、红外人体温度传感器10、第一水温传感器2、热水温度传感器14、冷水温度传感器15、步进电机13上的编码器所采集到的数据将通过无线通讯网络连接并上传到云端，并被应用到该用户数据档案对应神经网络的训练当中，使得该用户的输出偏好最舒适水温更准确；

身份识别之后，整个装置将立即启动，若本发明装置热水输入管前端接有图5所示本发明装置可配套热水供应系统，则整个装置将在1分钟后启动；

若该用户为前十次使用本发明装置，则控制面板9上的控制器将采集环境温度传感器12、红外人体温度传感器10、第一水温传感器2、热水温度传感器14、冷水温度传感器15、步进电机13上的编码器收集对应数据，并使用物联网技术，将这些数据通过无线通讯网络连接到物联网域名实现与云端间的互联互通；

较优地，使用云计算技术，在云端上使用上述所收集的数据对该用户数据档案对应的神经网络进行训练；

较优地，在此同时，该用户的个人身份识别信息，和环境温度传感器12、红外人体温度传感器10、第一水温传感器2、热水温度传感器14、冷水温度传感器15、步进电机13上的编码器所采集到的对应数据，还有该用户的偏好最适宜出水温度及输出该温度所对应的步进电机13所需转角α，包括训练结束后三个神经网络的所有权值w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8和偏差b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8，都将一并被保存在云端该用户数据库上；

若该用户已使用本发明装置超过十次，即该用户数据档案对应的神经网络已训练完成，则控制面板9上的控制器将采集环境温度传感器12、红外人体温度传感器10、第一水温传感器2、热水温度传感器14、冷水温度传感器15的对应数据，并通过无线通讯网络连接并上传到云端，在云端上使用该已训练完成的神经网络计算出要得到该用户偏好最舒适出水温度时步进电机13相对于其初始位置时的绝对角度α；

通过无线通讯网络，计算出的要得到该用户偏好最舒适出水温度时步进电机13相对于其初始位置时的绝对角度α将被传输到该用户具体正在使用已启动的本发明装置中；

较优地，计算出的要得到该用户偏好最舒适出水温度时步进电机13相对于其初始位置时的绝对角度α被传输到该用户具体正在使用已启动的本发明装置后，控制面板9内的控制器将根据该角度进行计算，得到输出该用户偏好最舒适出水温度时所对应步进电机13所需要转过的具体角度，最终向步进电机13发送对应脉冲信号，步进电机13获得脉冲信号后进行转动，步进电机13主轴带动主同步轮22同步转动，主同步轮22通过同步带21带动第一从动轮16和第二从动轮18同时转过相同角度，第一从动轮16和第二从动轮18又分别使得第一丝杆8和第二丝杆11进行同向旋转；

较优地，第一丝杆8螺纹为右旋，第二丝杆11螺纹为左旋，使得步进电机13主轴顺时针转动时，第一丝杆8和第二丝杆11均逆时针进行转动，不同的是，第一丝杆8往外旋出，使得热水开口调节阀23阀口变大，第二丝杆11往里旋入，使得冷水开口调节阀24阀口变小，热水开口调节阀23和冷水开口调节阀24的阀口大小变化率显然是相同的，并且在初始位置时，热水开口调节阀23阀口完全关闭，冷水开口调节阀24阀口完全打开；

较优地，热水开口调节阀23和冷水开口调节阀24阀口开启大小调节完成后，出水口电磁阀开关1开启，出水管3输出该用户偏好最舒适温度的温水。

如图5所示为基于神经网络的可分布式智能自适应温控出水装置可配套热水供应系统，入水处接入家庭一般自来水冷水管，当管内冷水温度在15℃及以上时，电磁阀a25关闭，电磁阀b34开启，若管内冷水温度在15℃以下时，则电磁阀a25开启，电磁阀b34关闭；

较优地，通过控制电磁阀a25和电磁阀b34的开关，保证冷水经加热器a26加热后热水温度在40℃以上；

较优地，加热器a26和加热器b27均为8升型号燃气热水器，该型号热水器可在一分钟内产生8升热水；

较优地，本发明可配套热水供应系统在启动的第一分钟，电磁阀c28开启，电磁阀d33关闭，电磁阀e30开启，电磁阀f31关闭；

较优地，待系统开启一分钟之后，电磁阀c28关闭，电磁阀d33开启，电磁阀e30关闭，电磁阀f31开启；

较优地，8升容量粗管29和40升容量粗管32均为直径16厘米的圆柱水箱，合计总长度略低于楼层高度，使得水箱方便安装并节省空间。

在不脱离本发明精神或必要特性的情况下，可以其它特定形式来体现本发明。应将所述具体实施例各方面仅视为解说性而非限制性。因此，本发明的范畴如随附申请专利范围所示而非如前述说明所示。所有落在申请专利范围的等效意义及范围内的变更应视为落在申请专利范围的范畴内。