CN107313492B - 通过物联网控制的智能洁具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过物联网控制的智能洁具，包括浮球、冲水把手、止水橡皮垫、水箱、溢流管、止水橡皮圈、进水管道、马桶垫、马桶座、流水孔、角阀、密封圈、马桶池、冲水管路、自动冲水设备和智能式马桶盖。通过本发明，能够在为用户提供更多服务的同时，有效节约马桶冲水水量，避免水资源的过度浪费。

Description

通过物联网控制的智能洁具

本发明是申请号为2017100882227、申请日为2017年2月20日、发明名称为“通过物联网控制的智能洁具”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种通过物联网控制的智能洁具。

背景技术

马桶在为人类带来方便的同时也造成了水资源的浪费，例如，在马桶池内杂物不多的情况下，每次抽水量仍然是固定的大剂量的数值，而实际上，仅仅需要较少的水即可完成不多杂物的冲洗。

现有技术中采用的马桶节水方案是：在马桶水箱内放置一些装满水的矿泉水瓶，在需要冲洗大体积的杂物时，拿出这些矿泉水瓶，保持固定的大剂量水量的冲洗，而在需要冲洗小体积的杂物时，重新放入这些矿泉水瓶，保持小剂量水量的冲洗。

然而，上述方案存在以下问题：(1)整个过程人工参与，繁琐不方便；(2)杂物体积的大小是通过人工肉眼判断，结果并不准确；(3)矿泉水瓶数量的控制方式过于粗放；(4)马桶结构不够合理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种通过物联网控制的智能洁具，改造现有技术中坐式马桶，首先，集成高精度图像检测设备以确定马桶池内的杂物体积，其次，基于杂物体积确定需要冲水需求量，实现冲水需求量的精确控制，最后，在杂物体积过大时仍旧采用大剂量的人工冲洗方式，并通过无线方式通知用户，避免用户遗忘。

由此可见，本发明具有以下几个重要发明点：

(1)实现了马桶池内的杂物体积的准确检测；

(2)采用基于杂物体积确定需要冲水需求量的实时控制模式，保障冲水需求量的高分辨率控制；

(3)杂物体积过大时的无线通信机制，避免杂物污染环境。

(4)改造了现有的马桶结构，使其结构更有利于节水。

根据本发明的一方面，提供了一种通过物联网控制的智能洁具，所述马桶包括浮球、冲水把手、止水橡皮垫、水箱、溢流管、止水橡皮圈、进水管道、马桶垫、马桶座、流水孔、角阀、密封圈、马桶池和冲水管路，浮球、止水橡皮垫、止水橡皮圈和溢流管都位于水箱内；

其中，冲水把手位于水箱外壳上，角阀通过进水管道将水流输入水箱内，止水橡皮垫位于进水管道上方，用于在浮球浮起时，封住进水管道以停止进水，冲水把手用于拉起止水橡皮圈以将水流送往流水孔，流水孔位于马桶座下方侧壁周围，用于将来水冲入马桶池内，马桶池内的水流通过冲水管路冲下外部排水管中，密封圈用于连接冲水管路和外部排水管。

更具体地，在所述通过物联网控制的智能洁具中，还包括：

环境检测设备，位于马桶座下方侧壁上，用于实时检测马桶池内部状况，并输出实时状况信息，所述环境检测设备包括：

测光仪，用于实时检测马桶池内部的光量以输出实时亮度信息；

辅助光源，与测光仪连接，用于接收所述实时亮度信息，并在所述实时亮度信息小于等于预设环境亮度时，为CMOS图像采集器的图像采集提供辅助照明；

CMOS图像采集器，用于对马桶池内部环境进行高清图像数据采集以输出高清环境图像；图像处理器，与CMOS图像采集器连接，用于对所述高清环境图像进行图像处理以确定马桶池内部物体目标的实际体积并作为实时物体体积输出；

MMC存储设备，与所述环境检测设备的辅助光源连接，用于预先存储所述预设环境亮度。

更具体地，在所述通过物联网控制的智能洁具中：所述图像处理器包括：

平滑处理单元，与CMOS图像采集器连接，用于对高清环境图像进行平滑处理以输出平滑图像；

中值滤波单元，与平滑处理单元连接，用于对平滑图形进行中值滤波处理以输出滤波图像；

阈值选择单元，与中值滤波单元连接，接收滤波图像并计算滤波图像的复杂度，基于复杂度选择二值化阈值；

二值化处理单元，分别与阈值选择单元和中值滤波单元连接，用于基于二值化阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像；

图像闭合单元，与二值化处理单元连接，用于对二值化图像进行图像闭合处理，即对二值化图像先执行图像膨胀处理后执行图像腐蚀处理，以获得闭合图像；

图像开启单元，与图像闭合单元连接，用于对闭合图像进行图像开启处理，即对闭合图像先执行图像腐蚀处理后执行图像膨胀处理，以获得开启图像；

目标识别单元，与图像开启单元连接，用于基于预设物体上限灰度阈值和预设物体下限灰度阈值在开启图像中识别出马桶池内部的物体目标；

体积检测单元，与目标识别单元连接，用于基于开启图像中物体目标的占据百分比估算物体目标的实际体积并作为实时物体体积输出。

更具体地，在所述通过物联网控制的智能洁具中，还包括：

流水控制开关，与止水橡皮圈连接，用于控制止水橡皮圈的拉起和放下，以相应地控制是否将水流送往流水孔；

水量检测设备，设置在止水橡皮圈和流水孔之间，用于检测通过止水橡皮圈送往流水孔的累计水量；

WIFI通信接口，与室内路由器连接，用于在接收冲水提醒信息时，向具有用户手机号码的移动通信终端转发冲水提醒信息；

MSP430单片机，分别与WIFI通信接口、体积检测单元、流水控制开关和水量检测设备连接，用于在接收到的实时物体体积小于等于第一预设体积阈值时，进入自动冲水模式，在接收到实时物体体积大于第二预设体积阈值时，进入手动冲水模式，第二预设体积阈值大于第一预设体积阈值；

其中，MSP430单片机在自动冲水模式中执行以下操作：基于实时物体体积确定冲水需求量，通过流水控制开关拉起止水橡皮圈，启动水量检测设备对累计水量的检测，当累计水量等于冲水需求量时，通过流水控制开关放下止水橡皮圈，退出自动冲水模式；

其中，MSP430单片机在手动冲水模式中执行以下操作：向WIFI通信接口发送冲水提醒信息以通过WIFI通信接口转发给具有用户手机号码的移动通信终端。

更具体地，在所述通过物联网控制的智能洁具中，还包括：语音播放设备，与MSP430单片机连接，用于接收MSP430单片机在手动冲水模式中发送的冲水提醒信息，以播放与冲水提醒信息相应的语音提醒文件。

更具体地，在所述通过物联网控制的智能洁具中：语音播放设备包括语音控制芯片和扬声器，所述扬声器为立体声扬声器。

更具体地，在所述通过物联网控制的智能洁具中，还包括：

马桶盖，位于马桶垫上方，用于封盖马桶座；

控制开关，设置在马桶盖的下侧面上，用于在用户的操作下，启动净水喷射设备和吹风机；

净水喷射设备，设置在马桶盖的下侧面上，用于在控制开关的控制下，喷射净水对人体进行清洁；

吹风机，设置在马桶盖的下侧面上，用于在控制开关的控制下，吹出暖风对人体进行烘干；

人体检测设备，设置在马桶盖的下侧面上，与控制开关连接，用于在检测到人体离开时，控制控制开关关闭净水喷射设备和吹风机。

更具体地，在所述通过物联网控制的智能洁具中：人体检测设备为红外传感器、超声波传感器或基于图像处理的人体检测器中的一种。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的通过物联网控制的智能洁具的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的通过物联网控制的智能洁具的语音播放设备的结构方框图。

附图标记：1浮球；2冲水把手；3止水橡皮垫；4水箱；5溢流管；6止水橡皮圈；7进水管道；8马桶垫；9马桶座；10流水孔；11角阀；12密封圈；13马桶池；14冲水管路；15补水管；16语音控制芯片；17扬声器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的通过物联网控制的智能洁具的实施方案进行详细说明。

当前，对坐式冲水马桶的冲水量控制缺乏有效的处理方案，或者，根本没有为坐式冲水马桶配置辅助的冲水量检测控制设备，或者，采用人工粗放的控制方式进行坐式冲水马桶的冲水量控制，控制的分辨率低下。

由此可见，当前的坐式冲水马桶的冲水量的浪费情况仍旧很严重，累计到各家马桶浪费的冲水量，全球每天浪费的冲水量非常可观，而地球本身是一个水量分布不均匀、淡水量缺乏的星球。因此，为坐式冲水马桶配置有效的节水功能迫在眉睫。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种通过物联网控制的智能洁具，一方面，解决了坐式冲水马桶的冲水量浪费的问题，另一方面，保证了对马桶池内的杂物的充足冲水量，避免出现冲洗不干净的情况发生。

图1为根据本发明实施方案示出的通过物联网控制的智能洁具的结构方框图，所述马桶包括浮球、冲水把手、止水橡皮垫、水箱、溢流管、止水橡皮圈、进水管道、马桶垫、马桶座、流水孔、角阀、密封圈、马桶池和冲水管路和补水管，浮球、止水橡皮垫、止水橡皮圈和溢流管都位于水箱内；

其中，冲水把手位于水箱外壳上，角阀通过进水管道将水流输入水箱内，止水橡皮垫位于进水管道上方，用于在浮球浮起时，封住进水管道以停止进水，冲水把手用于拉起止水橡皮圈以将水流送往流水孔，流水孔位于马桶座下方侧壁周围，用于将来水冲入马桶池内，马桶池内的水流通过冲水管路冲下外部排水管中，密封圈用于连接冲水管路和外部排水管。

接着，继续对本发明的通过物联网控制的智能洁具的具体结构进行进一步的说明。

所述通过物联网控制的智能洁具中还可以包括：

环境检测设备，位于马桶座下方侧壁上，用于实时检测马桶池内部状况，并输出实时状况信息，所述环境检测设备包括：

测光仪，用于实时检测马桶池内部的光量以输出实时亮度信息；

辅助光源，与测光仪连接，用于接收所述实时亮度信息，并在所述实时亮度信息小于等于预设环境亮度时，为CMOS图像采集器的图像采集提供辅助照明；

CMOS图像采集器，用于对马桶池内部环境进行高清图像数据采集以输出高清环境图像；图像处理器，与CMOS图像采集器连接，用于对所述高清环境图像进行图像处理以确定马桶池内部物体目标的实际体积并作为实时物体体积输出；

MMC存储设备，与所述环境检测设备的辅助光源连接，用于预先存储所述预设环境亮度。

在所述通过物联网控制的智能洁具中：所述图像处理器可以包括：

平滑处理单元，与CMOS图像采集器连接，用于对高清环境图像进行平滑处理以输出平滑图像；

中值滤波单元，与平滑处理单元连接，用于对平滑图形进行中值滤波处理以输出滤波图像；

阈值选择单元，与中值滤波单元连接，接收滤波图像并计算滤波图像的复杂度，基于复杂度选择二值化阈值；

二值化处理单元，分别与阈值选择单元和中值滤波单元连接，用于基于二值化阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像；

图像闭合单元，与二值化处理单元连接，用于对二值化图像进行图像闭合处理，即对二值化图像先执行图像膨胀处理后执行图像腐蚀处理，以获得闭合图像；

图像开启单元，与图像闭合单元连接，用于对闭合图像进行图像开启处理，即对闭合图像先执行图像腐蚀处理后执行图像膨胀处理，以获得开启图像；

目标识别单元，与图像开启单元连接，用于基于预设物体上限灰度阈值和预设物体下限灰度阈值在开启图像中识别出马桶池内部的物体目标；

体积检测单元，与目标识别单元连接，用于基于开启图像中物体目标的占据百分比估算物体目标的实际体积并作为实时物体体积输出。

所述通过物联网控制的智能洁具中还可以包括：

流水控制开关，与止水橡皮圈连接，用于控制止水橡皮圈的拉起和放下，以相应地控制是否将水流送往流水孔；

水量检测设备，设置在止水橡皮圈和流水孔之间，用于检测通过止水橡皮圈送往流水孔的累计水量；

WIFI通信接口，与室内路由器连接，用于在接收冲水提醒信息时，向具有用户手机号码的移动通信终端转发冲水提醒信息；

MSP430单片机，分别与WIFI通信接口、体积检测单元、流水控制开关和水量检测设备连接，用于在接收到的实时物体体积小于等于第一预设体积阈值时，进入自动冲水模式，在接收到实时物体体积大于第二预设体积阈值时，进入手动冲水模式，第二预设体积阈值大于第一预设体积阈值；

其中，MSP430单片机在自动冲水模式中执行以下操作：基于实时物体体积确定冲水需求量，通过流水控制开关拉起止水橡皮圈，启动水量检测设备对累计水量的检测，当累计水量等于冲水需求量时，通过流水控制开关放下止水橡皮圈，退出自动冲水模式；

其中，MSP430单片机在手动冲水模式中执行以下操作：向WIFI通信接口发送冲水提醒信息以通过WIFI通信接口转发给具有用户手机号码的移动通信终端。

所述通过物联网控制的智能洁具中还包括：语音播放设备，与MSP430单片机连接，用于接收MSP430单片机在手动冲水模式中发送的冲水提醒信息，以播放与冲水提醒信息相应的语音提醒文件。

如图2所示，所述通过物联网控制的智能洁具中：语音播放设备可以包括语音控制芯片和扬声器，所述扬声器为立体声扬声器。

所述通过物联网控制的智能洁具中还可以包括：

马桶盖，位于马桶垫上方，用于封盖马桶座；

控制开关，设置在马桶盖的下侧面上，用于在用户的操作下，启动净水喷射设备和吹风机；

净水喷射设备，设置在马桶盖的下侧面上，用于在控制开关的控制下，喷射净水对人体进行清洁；

吹风机，设置在马桶盖的下侧面上，用于在控制开关的控制下，吹出暖风对人体进行烘干；

人体检测设备，设置在马桶盖的下侧面上，与控制开关连接，用于在检测到人体离开时，控制控制开关关闭净水喷射设备和吹风机。

在所述通过物联网控制的智能洁具中：人体检测设备可以为红外传感器、超声波传感器或基于图像处理的人体检测器中的一种。

另外，所述平滑处理单元、所述中值滤波单元、所述阈值选择单元、所述二值化处理单元、所述图像闭合单元、所述图像开启单元和所述目标识别单元体积检测单元都被集成在一块集成电路板上，所述中值滤波单元采用的是7×7的像素滤波窗口。

采用本发明的通过物联网控制的智能洁具，针对现有技术中冲水马桶冲水量浪费的技术问题，首先，引入高精度的图像检测机制实现对马桶池内杂物的准确检测，其次，引入基于马桶池内杂物体积确定实时冲水量的控制机制，实现对水量节省的高分辨率控制，最后，优化了现有的马桶结构以有利于节水操作，还在马桶池内杂物体积过大的情况下还引入了无线通信机制以提醒用户及时进行人工冲洗，有效地避免了异味的产生。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种通过物联网控制的智能洁具，包括：

浮球、冲水把手、止水橡皮垫、水箱、溢流管、止水橡皮圈、进水管道、马桶垫、马桶座、流水孔、角阀、密封圈、马桶池和冲水管路，浮球、止水橡皮垫、止水橡皮圈和溢流管都位于水箱内，冲水把手位于水箱外壳上，角阀通过进水管道将水流输入水箱内，止水橡皮垫位于进水管道上方，用于在浮球浮起时，封住进水管道以停止进水，冲水把手用于拉起止水橡皮圈以将水流送往流水孔，流水孔位于马桶座下方侧壁周围，用于将来水冲入马桶池内，马桶池内的水流通过冲水管路冲下外部排水管中，密封圈用于连接冲水管路和外部排水管；

环境检测设备，位于马桶座下方侧壁上，用于实时检测马桶池内部状况，并输出实时状况信息，所述环境检测设备包括：

测光仪，用于实时检测马桶池内部的光量以输出实时亮度信息；

辅助光源，与测光仪连接，用于接收所述实时亮度信息，并在所述实时亮度信息小于等于预设环境亮度时，为CMOS图像采集器的图像采集提供辅助照明；

CMOS图像采集器，用于对马桶池内部环境进行高清图像数据采集以输出高清环境图像；

图像处理器，与CMOS图像采集器连接，用于对所述高清环境图像进行图像处理以确定马桶池内部物体目标的实际体积并作为实时物体体积输出；

MMC存储设备，与所述环境检测设备的辅助光源连接，用于预先存储所述预设环境亮度；

其特征在于：

所述图像处理器包括：

平滑处理单元，与CMOS图像采集器连接，用于对高清环境图像进行平滑处理以输出平滑图像；

中值滤波单元，与平滑处理单元连接，用于对平滑图形进行中值滤波处理以输出滤波图像；

阈值选择单元，与中值滤波单元连接，接收滤波图像并计算滤波图像的复杂度，基于复杂度选择二值化阈值；

二值化处理单元，分别与阈值选择单元和中值滤波单元连接，用于基于二值化阈值对滤波图像进行二值化处理以获得二值化图像；

图像闭合单元，与二值化处理单元连接，用于对二值化图像进行图像闭合处理，即对二值化图像先执行图像膨胀处理后执行图像腐蚀处理，以获得闭合图像；

图像开启单元，与图像闭合单元连接，用于对闭合图像进行图像开启处理，即对闭合图像先执行图像腐蚀处理后执行图像膨胀处理，以获得开启图像；

目标识别单元，与图像开启单元连接，用于基于预设物体上限灰度阈值和预设物体下限灰度阈值在开启图像中识别出马桶池内部的物体目标；

体积检测单元，与目标识别单元连接，用于基于开启图像中物体目标的占据百分比估算物体目标的实际体积并作为实时物体体积输出；

所述智能洁具还包括：

流水控制开关，与止水橡皮圈连接，用于控制止水橡皮圈的拉起和放下，以相应地控制是否将水流送往流水孔；

水量检测设备，设置在止水橡皮圈和流水孔之间，用于检测通过止水橡皮圈送往流水孔的累计水量；

WIFI通信接口，与室内路由器连接，用于在接收冲水提醒信息时，向具有用户手机号码的移动通信终端转发冲水提醒信息；

MSP430单片机，分别与WIFI通信接口、体积检测单元、流水控制开关和水量检测设备连接，用于在接收到的实时物体体积小于等于第一预设体积阈值时，进入自动冲水模式，在接收到实时物体体积大于第二预设体积阈值时，进入手动冲水模式，第二预设体积阈值大于第一预设体积阈值；

其中，MSP430单片机在自动冲水模式中执行以下操作：基于实时物体体积确定冲水需求量，通过流水控制开关拉起止水橡皮圈，启动水量检测设备对累计水量的检测，当累计水量等于冲水需求量时，通过流水控制开关放下止水橡皮圈，退出自动冲水模式；

其中，MSP430单片机在手动冲水模式中执行以下操作：向WIFI通信接口发送冲水提醒信息以通过WIFI通信接口转发给具有用户手机号码的移动通信终端；

语音播放设备，与MSP430单片机连接，用于接收MSP430单片机在手动冲水模式中发送的冲水提醒信息，以播放与冲水提醒信息相应的语音提醒文件；

语音播放设备包括语音控制芯片和扬声器，所述扬声器为立体声扬声器；

所述智能洁具还包括：

马桶盖，位于马桶垫上方，用于封盖马桶座；

控制开关，设置在马桶盖的下侧面上，用于在用户的操作下，启动净水喷射设备和吹风机；

净水喷射设备，设置在马桶盖的下侧面上，用于在控制开关的控制下，喷射净水对人体进行清洁；

吹风机，设置在马桶盖的下侧面上，用于在控制开关的控制下，吹出暖风对人体进行烘干；

人体检测设备，设置在马桶盖的下侧面上，与控制开关连接，用于在检测到人体离开时，控制控制开关关闭净水喷射设备和吹风机；

人体检测设备为红外传感器、超声波传感器或基于图像处理的人体检测器中的一种。