本發明屬于凈水器制造領域，尤其涉及一種凈水器智能數據采集控制系統及其控制方法。

背景技術：

凈水器是將自來水進行凈化后提供給人們干凈、衛生的飲用水的設備，目前的凈水器一般都有加熱和制冷功能，人們可根據自身需要獲取熱水和冰水。但隨著社會的發展，人們生活水平的提高，目前凈水器的功能已經無法滿足人們的需要。需要有一款根據人們平常的飲水量、身體指標給出健康建議的智能系統，以提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導服務。

技術實現要素：

本發明主要解決原有凈水器功能比較單一，不能根據每個飲水者的個體情況給出健康建議，無法滿足人們日益增長的需要的技術問題；提供一種凈水器智能數據采集控制系統及其控制方法，其能采集每個飲水者的多種參數，經過計算分析后給出健康生活建議，并發送至飲水者的手機APP，提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導服務，而且用戶查看和使用都非常方便。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本發明的凈水器智能數據采集控制系統，包括凈水器，所述的凈水器的出水口處設有流量計、溫度傳感器和水質傳感器，凈水器上安裝有能拍攝接水者形貌圖像的攝像頭，凈水器內安裝有主控電路，流量計、溫度傳感器、水質傳感器及攝像頭的信號輸出端分別和所述的主控電路相連，主控電路通過無線或有線網絡和服務器相連，服務器通過無線網絡和接水者的手機APP相連。主控電路一般由單片機及其外圍電路構成。攝像頭拍攝視頻，采集圖像信息，輸送給主控電路，主控電路從視頻中截取接水者的實時照片，進行圖像分析處理，獲得待識別的接水者照片，將照片中的人臉和預先存在人臉庫中的人臉進行比對，識別出接水者，用來標記用戶。流量計檢測凈水器出水口的水流量，發出脈沖信號給主控電路，主控電路計算出水流量，進行壓縮處理，并標記用戶，發送給服務器。溫度傳感器檢測凈水器進出水口的水溫，溫度傳感器檢測實時水溫，到設定水溫時通過溫控電路停止加熱或停止制冷。測得的實時水溫輸送給主控電路，主控電路標記時間和用戶后，發送給服務器，再由服務器發送給用戶的手機APP，可實時向用戶展示水溫變化情況，同時作為用戶調節水溫的依據。水質傳感器檢測凈水器實時水質信息，將這些信息通過IIC協議發送給主控電路，主控電路在凈水器的顯示屏幕上顯示水質情況的同時還通過網絡發送給服務器。接水者的接水量、水溫、水質作為每次接水的飲水記錄存儲在服務器中，服務器每周或每月調取每個用戶的數據進行計算和分析，并把分析出的數據及健康飲水建議通過無線網絡發送到所對應的飲水用戶的手機APP，便于用戶查看，以改變飲水方式，促進人們更健康地生活。

作為優選，所述的凈水器上設有紅外熱成像儀，紅外熱成像儀和所述的主控電路相連。紅外熱成像儀可實時測量用戶自身發出的紅外線，并把這些數據輸送給主控電路，經主控電路壓縮處理并標記用戶后通過網絡上傳給服務器，服務器結合通過攝像頭獲取的接水者照片，生成用戶的實時人體3D圖像，計算出用戶的身高、三圍等數據，并將數據傳輸至用戶手機APP，用戶可隨時查看這些數據，了解自己的健康狀況，同時這些數據也作為服務器建議用戶每天健康飲水量的依據。紅外熱成像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與人體表面的熱分布場相對應。紅外熱成像儀就是將人體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表不同溫度。通過查看熱圖像，可以獲取人體溫度分布狀況，研究目標的發熱情況，從而進行下一步工作的判斷。

作為優選，所述的凈水器上設有光電式脈博傳感器，光電式脈博傳感器和所述的主控電路無線相連。光電式脈博傳感器一般安裝在凈水器出水龍頭下方的機殼部位，正好和接水者握持水杯時的手指位置相對應。本技術方案中所用的光電式脈博傳感器，與普通的指靜脈傳感器相比，具有檢測更穩定、檢測距離更遠的優點。其內部集成了多路高精度運算放大器，測量精度高，檢測距離大大變長。普通指靜脈傳感器檢測時需要手指或其他被測量部位緊貼傳感器，本技術方案中的光電式脈博傳感器無需和手指或其他被測量部位緊貼，只要被測者的手指和光電式脈博傳感器的間距在20cm以內都可準確測出用戶的實時體表溫度和心率。光電式脈博傳感器利用特定頻率的光子穿透皮膚而檢測血液的流動情況，通過算法進行處理從而獲取人體當時的體表溫度和心率。光電式脈博傳感器將采集到的信息實時發送給主控電路，主控電路進行壓縮標記，發送給服務器，再由服務器傳輸至用戶手機APP，用戶可隨時查看這些數據，了解自己的健康狀況，同時這些數據也作為服務器建議用戶每天健康飲水量的依據。

作為優選，所述的光電式脈博傳感器為OPT101型光電式脈博傳感器。OPT101型光電式脈博傳感器是集光敏器件(光敏二極管)與信號放大于一體的傳感器。其采用單電源供電，壓電輸出，輸出電壓隨照射到光敏器件的光強度呈線性變化。手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血是十分微弱的，可以忽略。因此可以認為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源的照射下，本傳感器利用透射式的測量方法，通過檢測透過手指的光強可以間接測量到人體的脈搏信號。

本發明凈水器智能數據采集控制系統的控制方法為：所述的攝像頭拍攝視頻，采集圖像信息，輸送給所述的主控電路，主控電路從視頻中截取接水者的實時照片，進行圖像分析處理，獲得待識別的接水者照片，將照片中的人臉和預先存在人臉庫中的人臉進行比對，識別出接水者；所述的流量計采集接水者的接水流量，所述的溫度傳感器采集凈水器出水口水溫，所述的水質傳感器檢測實時水質，上述數據分別輸送給所述的主控電路，主控電路根據識別結果先進行壓縮標記，再經無線或有線網絡發送給所述的服務器，服務器分用戶名保存，服務器每周或每月調取每個用戶的數據進行計算和分析，并把分析出的數據及建議通過無線網絡發送到所對應的用戶的手機APP。

作為優選，所述的凈水器上設有紅外熱成像儀，紅外熱成像儀和所述的主控電路相連；紅外熱成像儀實時測量接水者自身發出的紅外線，并將測得的紅外線數據輸送給所述的主控電路，主控電路先進行壓縮標記，再經無線或有線網絡發送給所述的服務器，服務器將這些數據和通過所述的攝像頭獲取的圖片進行對比結合，生成接水者的實時人體3D圖像，計算出接水者的身高和三圍，經服務器發送到接水者的手機APP，同時服務器通過計算和分析，給出用戶每天健康飲水量建議，也發送到接水者的手機APP。

作為優選，所述的凈水器上設有光電式脈博傳感器，光電式脈博傳感器和所述的主控電路無線相連；當接水者靠近凈水器時，光電式脈博傳感器采用光電容積脈搏波描記法，利用特定頻率的光子穿透接水者人體皮膚而采集接水者體內血液流動信息，經過處理獲取接水者的實時體表溫度和心率，并輸送給所述的主控電路，主控電路先進行壓縮標記，再經服務器發送到接水者的手機APP，同時服務器分用戶名保存上述數據，服務器每周或每月調取每個用戶的各種數據進行計算和分析，并把分析出的數據及建議通過無線網絡發送到所對應的用戶的手機APP。本技術方案中的光電式脈搏傳感器采用光電容積脈搏波描記法，光電容積脈搏波描記法(PhotoPlethysmoGraphy，簡稱PPG)是借光電手段在活體組織中檢測血液容積變化的一種無創檢測方法。PPG是一種利用皮膚對光的反射或透射來評價皮膚血流灌注有關信息的方法，在皮膚的表皮、真皮和皮下組織的三層結構中各有不同的光學性質，并由此提出皮膚的光學模型：在50～150μm薄薄的表皮層中只吸收光而不散射，在其下的1～4mm的真皮層中，骨膠原產生的散射光將起主要作用，光的穿透深度主要由它決定，體內血液中的血小板、氧合血紅蛋白和膽紅素是真皮中可見光的主要吸收者。不同波長的入射光對皮膚的穿透深度是不同的，如波長為250nm的光束對皮膚的穿透深度僅為2μm，而當波長為1000nm紅外光時，其穿透深度可達到1600μm。在PPG的測量中可以用不同波長的光束來記錄皮膚不同深度動脈搏動信息，并由此記錄到皮膚的血壓值和皮膚血管的特征頻率。

作為優選，所述的主控電路接收到所述的攝像機發來的視頻信息后，通過截取視頻流的方式獲取接水者的實時照片，進行圖像分析處理，圖像分析處理方法包括如下步驟：

a.對獲取的實時照片的圖像數據進行傾斜校正；

b.對傾斜校正后的圖像數據作形態學處理去除孤立點和毛刺消除圖像噪聲；

c.對去噪后的圖像進行自適應亮度均衡化處理；

d.作閾值分割得到二值圖像；

e.對二值圖像作邊緣增強處理；

f.對增強處理后的圖像分別進行主分量分析PCA、橢圓傅里葉描述子特征和二維傅里葉變換這三種特征的提取，獲得待識別的接水者照片。

確保獲得的待識別照片清楚，有利于識別，提高識別的準確性。

本發明的有益效果是：通過采集每個飲水者的體溫、心率、常用喝水溫度、喝水量、臉部特征及身高、三圍等個人信息，經過計算和處理并進行綜合分析后，自動生成用戶每天實時健康狀況，每周、每月健康狀況變化圖，并給出建議飲水量、運動量和鍛煉方式等，通過網絡發送給用戶手機APP，提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導服務，促進人們更健康地生活。

附圖說明

圖1是本發明的一種電路原理連接結構框圖。

圖中1.主控電路，2.流量計，3.溫度傳感器，4.水質傳感器，5.攝像頭，6.紅外熱成像儀，7.光電式脈博傳感器，8.服務器，9.手機APP。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。

實施例：本實施例的凈水器智能數據采集控制系統，如圖1所示，包括凈水器，凈水器的出水口處安裝有流量計2、溫度傳感器3和水質傳感器4，凈水器上安裝有能拍攝接水者形貌圖像的攝像頭5，還安裝有紅外熱成像儀6和光電式脈博傳感器7，光電式脈博傳感器7安裝在出水龍頭下方，和飲水者接水時握持在水杯上的手指位置相對應，本實施例中，光電式脈博傳感器采用OPT101型光電式脈博傳感器，凈水器內安裝有主控電路1，流量計2、溫度傳感器3、水質傳感器4、攝像頭5、紅外熱成像儀6及光電式脈博傳感器7的信號輸出端分別和主控電路1相連，主控電路1通過無線或有線網絡和服務器8相連，服務器8通過無線網絡和接水者的手機APP9相連。圖1中虛線代表網絡連接。

流量計主要由塑料閥體、水流轉子組件和霍爾傳感器組成。它裝在凈水器的出水端，用于檢測出水流量，當水通過水流轉子組件時，磁性轉子轉動并且轉速隨著流量變化而變化，霍爾傳感器輸出相應脈沖信號。

溫度傳感器采用NTC熱敏電阻(負溫度系數熱敏電阻)，是一類電阻值隨溫度增大而減小的一種傳感器電阻。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質，在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子(電子和孔穴)數目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數目增加，所以電阻值降低。

水質傳感器采用TDS水質傳感器，由電源接口、通信接口、TDS檢測單元和溫度檢測單元等部分組成，能夠實現對水TDS值或電導率的測量，且帶有溫度補償功能，能夠自動換算成25℃水溫下的TDS值。主要應用于凈水設備進水口/出水口TDS值的檢測，并通過通信接口(UART/IIC)可將測量的水質參數上傳給主控電路，以實現對水質參數的實時監測。

光電式脈博傳感器，與普通的指靜脈傳感器相比，具有檢測更穩定、檢測距離更遠的優點。其內部集成了多路高精度運算放大器，測量精度高，檢測距離大大變長。普通指靜脈傳感器檢測時需要手指或其他被測量部位緊貼傳感器，本技術方案中的光電式脈博傳感器無需和手指或其他被測量部位緊貼，只要被測者的手指和光電式脈博傳感器的間距在20cm以內都可準確測出用戶的實時體表溫度和心率。光電式脈博傳感器利用特定頻率的光子穿透皮膚而檢測血液的流動情況，通過算法進行處理從而獲取人體當時的體表溫度和心率。

紅外熱成像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與人體表面的熱分布場相對應。紅外熱成像儀就是將人體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表不同溫度。通過查看熱圖像，可以獲取人體溫度分布狀況，研究目標的發熱情況，從而進行下一步工作的判斷。

攝像頭結構為嵌入式RTOS設計，雙核32位DSP(Hi3518EV200)，純硬壓縮，看門狗，8M FLASH，64M內置DDR2；傳感器為200萬像素1/2.7″CMOS，彩色1.0Lux@F1.2，黑白0.1Lux@F1.2；集成LED控制電路，集成IR-CUT驅動，支持Sensor+IR-CUT+光敏+LED補光的聯動控制，支持日夜轉換；支持Web配置，支持OSD，支持實時視頻傳輸，支持移動偵測報警聯動，支持移動偵測報警后中心提醒和畫面彈出聯動；支持遠程監控軟件等系統應用；支持手機監控，支持云服務；可選離線告警推送和云存儲。

上述凈水器智能數據采集控制系統的控制方法為：

攝像頭5拍攝視頻，輸送給主控電路1，主控電路1從視頻中截取接水者的實時照片，進行圖像分析處理，圖像分析處理方法包括如下步驟：

a.對獲取的實時照片的圖像數據進行傾斜校正；

b.對傾斜校正后的圖像數據作形態學處理去除孤立點和毛刺消除圖像噪聲；

c.對去噪后的圖像進行自適應亮度均衡化處理；

d.作閾值分割得到二值圖像；

e.對二值圖像作邊緣增強處理；

f.對增強處理后的圖像分別進行主分量分析PCA、橢圓傅里葉描述子特征和二維傅里葉變換這三種特征的提取，獲得待識別的接水者照片；

然后將照片中的人臉和預先存在人臉庫中的人臉進行比對，識別出接水者；

流量計2采集接水者的接水流量；溫度傳感器3采集凈水器出水口水溫；水質傳感器4檢測實時水質；紅外熱成像儀6實時測量接水者自身發出的紅外線，獲得紅外熱像圖；當接水者靠近凈水器時，光電式脈博傳感器7采用光電容積脈搏波描記法，利用特定頻率的光子穿透接水者人體皮膚而采集接水者體內血液流動信息，經過處理獲取接水者的實時體表溫度和心率。上述數據分別輸送給主控電路1，主控電路1根據識別結果先進行壓縮標記，再經無線或有線網絡發送給服務器8，服務器8分用戶名保存，接水者每次的接水量、接水溫度、水質及時間都記錄在案，并通過無線網絡發送給接水者的手機APP。服務器將由紅外熱成像儀測得的紅外線數據和通過攝像頭獲取的圖片進行對比結合，生成接水者的實時人體3D圖像，計算出接水者的身高和三圍，一方面記錄在案，一方面也發送到接水者的手機APP。服務器將光電式脈博傳感器7測得的接水者的體溫和脈搏，一方面記錄在案，一方面也發送到接水者的手機APP。服務器將每個接水者每次的接水量、接水溫度、水質、時間、身高和三圍及體溫和脈搏分用戶名進行保存，服務器每周或每月調取每個用戶的上述數據，經過計算和處理并進行綜合分析后，自動生成用戶每天實時健康狀況，每周、每月健康狀況變化圖，并給出建議飲水量、運動量和鍛煉方式等，通過無線網絡發送給用戶手機APP，提供給用戶綜合的、全面的健康分析指導服務，促進人們更健康地生活。