CN108331114A - 一种基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法。所述基于微波雷达手势识别技术的马桶包括：信号收发模块，用于周期性的向一预设范围发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号；手势识别模块，连接所述信号收发模块，用于根据所述雷达回波信号识别手势动作；控制模块，连接所述手势识别模块，用于根据所述手势动作控制马桶的状态。本发明提供的马桶及其控制方法，以微波雷达信号作为感应媒介，实现了非接触式的控制马桶状态，避免了传统的手动接触式马桶控制方式的缺陷，提升了马桶的使用卫生水平；而且，在提高马桶感应灵敏度的同时，也增强了马桶的易用性，同时有效降低了马桶的制造成本。

Description

一种基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法。

背景技术

马桶属于生活中使用很频繁的一种常用型生活器具，非常容易藏污纳垢、滋生细菌。当前市场中流行的套装马桶或者独立马桶产品，在人们如厕时皆需要用手接触马桶、马桶垫圈，已将其提起或关闭，而且，马桶的冲水装置往往也需要人手进行手动触发或控制。人们长期用手接触马桶或者操作冲水装置既不方便，也不卫生。

在市场的强烈需求下，逐渐产生了基于图像的非接触式智能马桶。基于图像的非接触式智能马桶其内部设置有摄像装置，通过对手势或者身体动作的图像识别和判断，并将信息反馈至智能马桶的控制系统，从而实现对马桶开启、关闭以及冲水动作的控制。然而，基于图像的非接触式智能马桶，容易受到环境光线的影响，比如洗手间光线较暗时会极大的影响图像识别的准确率，因而在安装基于图像的非接触式智能马桶的空间中需要确保足够的光照亮度。另外，基于图像的非接触式智能马桶在进行图像识别的过程中，对用户所处的位置进行了限定，即用户需要处于靠近摄像装置的位置使得摄像装置能够准确获取人的手势或身体动作，这也在一定程度上限制了智能马桶的应用。

发明内容

本发明提供一种基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法，用以解决现有的智能马桶易受环境光线影响的问题，在提高马桶感应灵敏度的同时，也增强了马桶的易用性。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于微波雷达手势识别技术的马桶，包括：

信号收发模块，用于周期性的向一预设范围发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号；

手势识别模块，连接所述信号收发模块，用于根据所述雷达回波信号识别手势动作；

控制模块，连接所述手势识别模块，用于根据所述手势动作控制马桶的状态。

优选的，所述控制模块，连接所述马桶的便盖，用于判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述便盖开启；所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则控制所述便盖关闭。

优选的，所述控制模块，还连接所述马桶的座圈，用于判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则控制所述座圈下降至水平状态；所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第四动作匹配，若是，则控制所述座圈升起至与所述水平状态垂直的竖直状态。

优选的，所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第五动作匹配，若是，则控制所述马桶冲水。

优选的，还包括置于所述马桶桶身中的压力传感器；所述传压力感器，用于检测所述马桶是否处于使用状态，若是，则断开所述控制模块与所述便盖、所述座圈之间的连接。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，包括如下步骤：

周期性的向一预设范围发射微波雷达信号；

接收经手部反射后的雷达回波信号；

根据所述雷达回波信号识别手势动作，并根据所述手势动作控制马桶的状态。

优选的，还包括如下步骤：

判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述马桶的便盖开启；

判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则控制所述便盖关闭。

优选的，还包括如下步骤：

判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则控制所述马桶的座圈下降至水平状态；

判断所述手势动作是否与预先设置的第四动作匹配，若是，则控制所述座圈升起至与所述水平状态垂直的竖直状态。

优选的，还包括如下步骤：

判断所述手势动作是否与预先设置的第五动作匹配，若是，则控制所述马桶冲水。

优选的，在判断得到所述手势动作与所述第一动作、所述第二动作、所述第三动作或所述第四动作匹配之后还包括如下步骤：

检测马桶是否处于使用状态，若是，则控制所述便盖不执行任何操作，并控制所述座圈不执行任何操作。

本发明提供的基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法，以微波雷达信号作为感应媒介，实现了非接触式的控制马桶状态，避免了传统的手动接触式马桶控制方式的缺陷，提升了马桶的使用卫生水平；而且，相较于基于图像的非接触式智能马桶，本发明的马桶不易受到环境光线的影响，在提高马桶感应灵敏度的同时，也增强了马桶的易用性，同时也有效降低了马桶的制造成本。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式的基于微波雷达手势识别技术的马桶的结构示意图；

附图2是本发明具体实施方式的基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种基于微波雷达手势识别技术的马桶，附图1是本发明具体实施方式的基于微波雷达手势识别技术的马桶的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的基于微波雷达手势识别技术的马桶10，包括信号收发模块11、手势识别模块12和控制模块13。

所述信号收发模块11，用于周期性的向一预设范围发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号。所述预设范围，即所述马桶10的监控范围，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。所述信号收发模块11发射的微波雷达信号，可以是但不限于调频连续波模式的微波雷达信号。所述信号收发模块11发射微波雷达信号的周期，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。所述手势识别模块12，连接所述信号收发模块11，用于根据所述雷达回波信号识别手势动作；所述控制模块13，连接所述手势识别模块12，用于根据所述手势动作控制马桶10的状态。其中，所述马桶10的状态包括开启便盖、关闭便盖、升起座圈、平放座圈、冲水中的一种或几种。采用具有上述结构的马桶，用户在使用马桶的过程中，通过手势就可以实现马桶状态的改变，避免了人手与马桶的直接接触；而且，采用微波雷达信号作为感应媒介，避免了感应信号受到周围环境光线的影响，提高了马桶感应控制的灵敏度和易用性。为了实现所述马桶对用户手势动作的持续监控，所述信号收发模块11和所述手势识别模块12通过AC/DC模块18与交流电源接口AC连接。

为了实现对手势动作的精准识别，优选的，所述手势动作识别模块12包括第一预处理单元、第二预处理单元、变换单元、特征提取单元和手势识别单元。所述第一预处理单元，连接所述信号收发模块，用于将一个采样周期内发射的微波雷达信号与接收到的雷达回波信号相乘并将相乘后的结果进行低通滤波处理；所述第二预处理单元，连接所述第一预处理单元，用于将经过低通滤波处理的模拟信号转换成数字信号；所述变换单元，连接所述第二预处理单元，用于将所述数字信号变换为手部的距离多普勒图像(Range DopplerMap)；特征提取单元，连接所述变换单元，用于对所述手部的距离多普勒图像进行特征提取；所述手势识别单元，连接所述特征提取单元，用于根据提取的特征进行手势动作识别。具体来说，所述变换单元讲所述数字信号变换为手部的距离多普勒图像的具体步骤是：将所述数字信号依次进行第一次快速傅里叶变换、静态背景噪声滤波处理；然后将与当前采样周期相邻的前若干个采样周期获得的雷达回波信号也分别依次经所述第一预处理单元、所述第二预处理单元的处理，得到与前若干个采样周期一一对应的多个前数字信号；将多个前数字信号再分别依次进行第一次快速傅里叶变换、静态背景噪声滤波处理；将当前经静态背景噪声滤波处理后的信号与前若干个采用周期经静态背景噪声滤波处理后的信号共同组织成矩阵形式的信号组合，并将所述矩阵形式的信号组合在采样周期标签的维度上进行第二次快速傅里叶变换，从而得到手部的距离多普勒图像。其中，可以采用移动目标指示滤波器(Moving Target Indicator)进行静态背景噪声滤波处理，所述静态背景噪声是指无手势动作时所述信号收发模块111接收到的回波信号。

为了进一步提高手势动作识别的准确性，更有选的，在进行手势动作识别之前，还通过学习算法建立手势动作识别模型。具体来说，在手势动作识别模型的训练阶段：首先，根据一采用周期获得的手部的距离多普勒图像计算出多个手势识别特征，所述手势识别特征包括但不限于手部发生的位移、微波雷达信号的平均频率偏移、雷达回波信号的总能量、手部移动平均速度等；其次，采用主成量分析(Principal Component Analysis)算法对所述手势识别特征进行降维处理，以得到一组固定的特征组合，并将所述特征组合存储于所述特征提取单元；最后，采用学习算法(例如随机森林算法)对收集到的训练样本集合进行训练，以建立手势动作识别模型，并将所述手势动作识别模型存储于所述手势识别单元。所述训练样本集合为收集到的真实数据集，所述训练样本包括接收到的回波信号以及对应的手势动作，训练过程中需计算出训练数据的特征组合量，至模型收敛后最终建立手势动作识别模型。这样，在进行手势识别的过程中，所述特征提取单元根据所述特征组合对所述手部的距离多普勒图像进行特征提取；所述手势识别单元根据所述手势动作识别模型以及所述特征提取单元提取的特征对手势动作进行识别。

为了进一步提高所述马桶10感应的灵敏性和智能性，优选的，本具体实施方式提供的马桶10中的所述控制模块13，连接所述马桶10的便盖，用于判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述便盖开启；所述控制模块13还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则控制所述便盖关闭。其中，所述第一动作、所述第二动作均可以是所述马桶10的生产商预先存储于所述控制模块13中的，也可以是用户预先设定并存储于所述控制模块13中。为了增强所述马桶10使用的灵活性，并提高所述便盖开关的效率，优选的，判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配是指：判断所述手势动作与预先设置的第一动作的相似度是否高于第一预设值，若是，则确认所述手势动作与预先设置的第一动作匹配；判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配是指：判断所述手势动作与预先设置的第二动作的相似度是否高于第二预设值，若是，则确认所述手势动作与预先设置的第二动作匹配。具体来说，所述马桶10中还包括同时与所述控制模块13和所述便盖连接的第一电机16。当所述控制模块13判断所述手势动作与预先设置的第一动作的相似度高于所述第一预设值时，则向所述第一电机16发送第一控制信号，所述第一电机16根据接收到的第一控制信号控制所述便盖开启；当所述控制模块13判断所述手势动作与预先设置的第二动作的相似度高于所述第二预设值时，则向所述第一电机16发送第二控制信号，所述第一电机16根据接收到的第二控制信号控制所述便盖关闭。其中，所述第一预设值、所述第二预设值的具体数值，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

为了进一步提高所述马桶10的智能性，以扩展所述马桶10的功能，优选的，所述控制模块13，还连接所述马桶10的座圈，用于判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则控制所述座圈下降至水平状态；所述控制模块13还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第四动作匹配，若是，则控制所述座圈升起至与所述水平状态垂直的竖直状态。所述第三动作、所述第四动作均可以是所述马桶10的生产商预先存储于所述控制模块13中的，也可以是用户预先设定并存储于所述控制模块13中。为了增强所述马桶10使用的灵活性，并提高所述座圈状态切换的效率，优选的，判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配是指：判断所述手势动作与预先设置的第三动作的相似度是否高于第三预设值，若是，则确认所述手势动作与预先设置的第三动作匹配；判断所述手势动作是否与预先设置的第四动作匹配是指：判断所述手势动作与预先设置的第四动作的相似度是否高于第四预设值，若是，则确认所述手势动作与预先设置的第四动作匹配。具体来说，所述马桶10中还包括同时与所述控制模块13和所述座圈连接的第二电机17。当所述控制模块13判断所述手势动作与预先设置的第三动作的相似度高于所述第三预设值时，则向所述第二电机17发送第三控制信号，所述第二电机17根据接收到的第三控制信号控制所述座圈下降至水平状态；当所述控制模块13判断所述手势动作与预先设置的第四动作的相似度高于所述第四预设值时，则向所述第二电机17发送第四控制信号，所述第二电机17根据接收到的第四控制信号控制所述座圈上升至与所述水平状态垂直的竖直状态。其中，所述第三预设值、所述第四预设值的具体数值，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

为了进一步扩展所述马桶10的功能，优选的，所述控制模块13还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第五动作匹配，若是，则控制所述马桶10冲水。所述第五动作也可以是马桶的生产商预先存储于所述控制模块13中的，也可以是用户预先设置并存储于所述控制模块13中的。为了增强所述马桶10使用的灵活性，优选的，判断所述手势动作是否与预先设置的第五动作匹配是指：判断所述手势动作与预先设置的第五动作的相似度是否高于第五预设值，若是，则确认所述手势动作与预先设置的第三动作匹配。具体来说，所述马桶10中还包括同时与所述控制模块13和供水管道连接的电磁脉冲阀14。当所述控制模块13判断所述手势动作与预先设置的第五动作的相似度高于所述第五预设值时，则向所述电磁脉冲阀14发送第五控制信号，所述电磁脉冲阀14根据接收到的第五控制信号控制所述马桶10冲水。其中，所述第五预设值的具体数值，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。请参考表1，为本发明一个具体实施方式中预设的手势动作与马桶的状态控制的对应关系。

表1预设的手势动作与马桶的状态控制关系

为了进一步增强用户的使用感受，优选的，本具体实施方式提供的马桶还包括置于所述马桶10的桶身中的压力传感器15；所述压力传感器15，用于检测所述马桶10是否处于使用状态，若是，则断开所述控制模块13与所述便盖、所述座圈之间的连接。具体来说，当人坐于所述马桶10的桶身上进行如厕的过程中，所述压力传感器15检测到一人体施加的压力信号，则确认所述马桶10处于使用状态。此时，断开所述控制模块13与所述便盖、所述座圈之间的连接，避免用户因误操作触发所述便盖和/或所述座圈状态的改变。但是，所述压力传感器15的检测结果不影响所述马桶冲水动作的实施，即即便是用户在使用马桶的过程中，只要检测到所述手势动作与所述第五动作匹配，则所述马桶10正常冲水。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，附图2是本发明具体实施方式的基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法的流程图。如图2所示，本具体实施方式提供的基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，包括如下步骤：

步骤S21，周期性的向一预设范围发射微波雷达信号；

步骤S22，接收经手部反射后的雷达回波信号；

步骤S23，根据所述雷达回波信号识别手势动作；

步骤S24，根据所述手势动作控制马桶的状态。

为了进一步提高所述马桶感应的灵敏性和智能性，优选的，本具体实施方式提供的马桶的控制方法，还包括如下步骤：判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述马桶的便盖开启；判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则控制所述便盖关闭。

为了进一步提高所述马桶的智能性，以扩展所述马桶的功能，优选的，本具体实施方式提供的马桶的控制方法，还包括如下步骤：判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则控制所述马桶的座圈下降至水平状态；判断所述手势动作是否与预先设置的第四动作匹配，若是，则控制所述座圈升起至与所述水平状态垂直的竖直状态。

为了进一步扩展所述马桶的功能，优选的，本具体实施方式提供的马桶的控制方法，还包括如下步骤：判断所述手势动作是否与预先设置的第五动作匹配，若是，则控制所述马桶冲水。

为了进一步增强用户的使用感受，避免用户误操作而触发便盖和座圈的状态改变，优选的，在判断得到所述手势动作与所述第一动作、所述第二动作、所述第三动作或所述第四动作匹配之后还包括如下步骤：检测马桶是否处于使用状态，若是，则控制所述便盖不执行任何操作，并控制所述座圈不执行任何操作。

本具体实施方式提供的基于微波雷达手势识别技术的马桶及其控制方法，以微波雷达信号作为感应媒介，实现了非接触式的控制马桶状态，避免了传统的手动接触式马桶控制方式的缺陷，提升了马桶的使用卫生水平；而且，相较于基于图像的非接触式智能马桶，本发明的马桶不易受到环境光线的影响，在提高马桶感应灵敏度的同时，也增强了马桶的易用性，同时也有效降低了马桶的制造成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于微波雷达手势识别技术的马桶，其特征在于包括：

信号收发模块，用于周期性的向一预设范围发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号；

手势识别模块，连接所述信号收发模块，用于根据所述雷达回波信号识别手势动作；

控制模块，连接所述手势识别模块，用于根据所述手势动作控制马桶的状态。

2.根据权利要求1所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶，其特征在于，所述控制模块，连接所述马桶的便盖，用于判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述便盖开启；所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则控制所述便盖关闭。

3.根据权利要求2所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶，其特征在于，所述控制模块，还连接所述马桶的座圈，用于判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则控制所述座圈下降至水平状态；所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第四动作匹配，若是，则控制所述座圈升起至与所述水平状态垂直的竖直状态。

4.根据权利要求2所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶，其特征在于，所述控制模块还用于判断所述手势动作是否与预先设置的第五动作匹配，若是，则控制所述马桶冲水。

5.根据权利要求3所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶，其特征在于，还包括置于所述马桶桶身中的压力传感器；所述压力传感器，用于检测所述马桶是否处于使用状态，若是，则断开所述控制模块与所述便盖、所述座圈之间的连接。

6.一种基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

周期性的向一预设范围发射微波雷达信号；

接收经手部反射后的雷达回波信号；

根据所述雷达回波信号识别手势动作；

根据所述手势动作控制马桶的状态。

7.根据权利要求6所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，其特征在于还包括如下步骤：

判断所述手势动作是否与预先设置的第一动作匹配，若是，则控制所述马桶的便盖开启；

判断所述手势动作是否与预先设置的第二动作匹配，若是，则控制所述便盖关闭。

8.根据权利要求6所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

判断所述手势动作是否与预先设置的第三动作匹配，若是，则控制所述马桶的座圈下降至水平状态；

判断所述手势动作是否与预先设置的第四动作匹配，若是，则控制所述座圈升起至与所述水平状态垂直的竖直状态。

9.根据权利要求6所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

判断所述手势动作是否与预先设置的第五动作匹配，若是，则控制所述马桶冲水。

10.根据权利要求7或8所述的基于微波雷达手势识别技术的马桶的控制方法，其特征在于，在判断得到所述手势动作与所述第一动作、所述第二动作、所述第三动作或所述第四动作匹配之后还包括如下步骤：

检测马桶是否处于使用状态，若是，则控制所述便盖不执行任何操作，并控制所述座圈不执行任何操作。