CN109899584B - 一种电容式感应触发水龙头及其触控控制方法、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式感应触发水龙头及其触控控制方法、存储介质，包括以下步骤：实时获取检测到的水龙头本体的电容数据，基于水龙头本体的电容数据，对电容导数值进行阈值判定；当检测到水龙头本体的电容导数值时间曲线图上某T1时刻和T2时刻均出现电容导数值大于或等于预设高阈值，T2时刻为T1时刻后满足电容导数值大于或等于预设高阈值的第一个时刻，且在T1时刻电容导数值符号为正时，T2时刻电容导数值符号为负时，触控控制电路控制水龙头本体进行打开或关闭动作。本发明通过对电容数据原始曲线采用边缘提取的方法来判断人体是否触碰龙头本体，避免了现有的水龙头触控控制方法由于水流或电磁噪音干扰引起的误判问题。

Description

一种电容式感应触发水龙头及其触控控制方法、存储介质

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种电容式感应触发水龙头及其触控控制方法、存储介质。

背景技术

现有的电容式感应触发水龙头，包括水龙头本体和触控控制电路，水龙头本体除了进行动作(包括开启放水和关闭放水的动作)外，这里还作为触碰传感器，接受外界使电容产生变化的触碰信号；触控控制电路主要由用于实时检测水龙头本体上电容的电容检测单元、判断触碰信号并发出控制信号的微处理器单元以及识别控制信号并控制电磁阀机构开关的电磁阀触控控制电路单元组成；水龙头本体上设置触控控制电路和电磁阀机构；触控控制电路与电磁阀机构相连接。

因为人体本身带有电荷，触碰水龙头主体时会增加水龙头的电容量，所以目前市面上触碰龙头皆以检测水龙头电容量的变化来判断人体是否触碰水龙头本体。

因为电池供电电子设备属于浮地系统，与人体不共享同一个大地，所以会电路上的地相对真实的大地会有一个相对电位差，等价于电路的地和大地之间有一个相对电容。因此，电池供电的感应电路感应灵敏度会下降，造成信噪比不足。一般电容检测电路通过采集的电容值是否超过设定阈值来感知是否有人体触碰。但水龙头内水流的流动会增加水龙头的电容量，容易和人体触碰信号发生混淆，从而导致误触。而且目前一般家庭大功率电气设备比较多，如微波炉、增压阀等，会对水龙头电容检测电路造成一定的电磁干扰，增加信号噪声，造成触控控制电路的误判。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明的目的在于提供一种电容式感应触发水龙头及其触控控制方法、存储介质，解决现有的水龙头触控控制方法存在误判的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种电容式感应触发水龙头触控控制方法，包括以下步骤：

实时获取检测到的水龙头本体的电容数据，基于水龙头本体的电容数据，得到电容数据导数值的时间曲线图；

基于水龙头本体的电容导数值时间曲线图，采用阈值判断法进行触碰判断；

所述采用阈值判断法进行触碰判断步骤包括：对电容导数值进行阈值判定；当检测到水龙头本体的电容导数值时间曲线图上某T1时刻和T2时刻均出现电容导数值大于或等于预设高阈值，所述T2时刻为T1时刻后满足电容导数值大于或等于预设高阈值的第一个时刻，且在T1时刻电容导数值符号为正时，T2时刻电容导数值符号为负时，判定T1时刻至T2时刻时间间隔内水龙头本体的电容值变化为人体触碰引起，触控控制电路控制水龙头本体进行打开或关闭动作。

进一步的，所述基于水龙头本体的电容导数值时间曲线图，采用阈值判断法进行触碰判断步骤包括：对电容导数值进行双阈值判定；

当某时刻电容导数值小于预设高阈值，且大于预设低阈值时，依次获取紧挨该时刻后的四个时刻的电容导数值x1、x2、x3和x4，若电容导数值x1、x2、x3和x4之和大于或等于预设高阈值，则判定该时刻水龙头本体的电容值变化为人体触碰引起，触控控制电路控制水龙头本体进行打开或关闭动作。

进一步的，所述基于水龙头本体的电容导数值时间曲线图，采用阈值判断法进行触碰判断步骤之前还包括：

基于水龙头本体的电容导数值，进行数据滤波，得到滤波后的电容导数值y_n；所述数据滤波公式满足：y_n＝c₀y_n-1+c₁x_n，其中y_n为第N次滤波后的电容导数值；y_n-1为第N-1次滤波后的电容导数值；x_n为第N次未经滤波的电容导数值；且c₀+c₁＝1，c₀，c₁为大于0的常数；N为自然数。

进一步的，所述常数c₀，c₁满足以下：

当电容导数值x_n大于等于预设高阈值时，c₀等于0.1，c₁等于0.9；

当x_n大于等于预设低阈值时，c₀等于0.5，c₁等于0.5；

当x_n小于预设低阈值时，c₀等于0.9，c₁等于0.1。

进一步的，所述采用阈值判断法进行触碰判断步骤还包括：

当某时刻电容导数值小于预设低阈值时，判定该时刻水龙头本体的电容值变化为噪音或无触碰信号引起，触控控制电路控制水龙头本体不进行打开和关闭动作。

进一步的，还包括以下步骤：

对电容导数值进行阈值判定的步骤之前，计算T1时刻和T2时刻之间的时间间隔T0，并判断时间间隔T0是否位于70毫秒到1000毫秒；当判断时间间隔T0位于70毫秒到1000毫秒时，执行对电容导数值进行阈值判定的步骤，否则，触控控制电路控制水龙头本体不进行打开和关闭动作；所述T2时刻为T1时刻后满足电容导数值小于预设高阈值的第一个时刻。

进一步的，所述预设高阈值取值为人体有效触碰水龙头本体时电容导数值平均数的70％，所述预设低阈值取值为人体有效触碰水龙头本体时的电容导数值平均数的40％。

一种电容式感应触发水龙头，包括水龙头本体、电磁阀机构和触控控制电路，所述触控控制电路通过电磁阀机构控制水龙头本体动作，其特征在于，所述触控控制电路采用上述的电容式感应触发水龙头触控控制方法通过电磁阀机构控制水龙头本体动作。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，实现上述的电容式感应触发水龙头触控控制方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过对电容检测电路采集的电容数据原始曲线采用边缘提取的方法即求导后再进行阈值判断的方法，来判断人体是否触碰龙头本体，从而控制水龙头动作，避免了现有的水龙头触控控制方法由于水流或电磁噪音干扰引起的误判问题。

附图说明

图1为本发明电容式感应触发水龙头触控控制方法的流程示意图；

图2为本发明电容式感应触发水龙头触控控制方法实施例中电容导数值双阈值判定时的时间曲线图；

图3为本发明电容式感应触发水龙头触控控制方法实施例中进行数据滤波后的时间曲线图；

图4为本发明电容式感应触发水龙头触控控制方法实施例中电容数据时间曲线图；

图5为本发明电容式感应触发水龙头触控控制方法实施例中电容导数值的时间曲线图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：

实施例：

请参考图1-5所示，一种电容式感应触发水龙头触控控制方法，请参考图1所示，包括以下步骤：

步骤S100:实时获取检测到的水龙头本体的电容数据，请参考图4所示，基于水龙头本体的电容数据，得到电容数据导数值的时间曲线图；请参考图5所示；

步骤S200:基于水龙头本体的电容导数值时间曲线图，采用阈值判断法进行触碰判断；

所述采用阈值判断法进行触碰判断步骤包括：对电容导数值进行阈值判定；

步骤S300:当检测到水龙头本体的电容导数值时间曲线图上某T1时刻和T2时刻均出现电容导数值大于或等于预设高阈值，所述T2时刻为T1时刻后满足电容导数值大于或等于预设高阈值的第一个时刻，且在T1时刻电容导数值符号为正时，T2时刻电容导数值符号为负时，判定T1时刻至T2时刻时间间隔内水龙头本体的电容值变化为人体触碰引起，触控控制电路控制水龙头本体进行打开或关闭动作；

优选的，当某时刻电容导数值小于预设高阈值，且大于预设低阈值时，依次获取紧挨该时刻后的四个时刻的电容导数值x1、x2、x3和x4，若电容导数值x1、x2、x3和x4之和大于或等于预设高阈值，则判定该时刻水龙头本体的电容值变化为人体触碰引起，触控控制电路控制水龙头本体进行打开或关闭动作。

这样，当电容导数值超过预设高阈值被标记为强边缘时，结合导数符号判断出现一次上升沿或者下降沿。当电容导数值被标记为预设弱边缘时，记录随后跟随的四个测量数值。如果电容导数值之和超过强边缘，同样结合导数符号判断出现一次上升沿或者下降沿，能进一步的准确地捕捉更多的数据边缘，降低错误捕捉率，从而降低触控误判。

具体的，请参考图2所示，预设高阈值取值为人体有效触碰水龙头本体时电容导数值平均数的70％。当电容导数值超过预设高阈值时标记为强边缘，预设低阈值取值为人体有效触碰水龙头本体时的电容导数值平均数的40％，当导数值低于高阈值而高于低阈值时标记为弱边缘。当电容导数值低于预设低阈值则被标记为噪音或无触碰信号。这里，人体有效触碰水龙头本体时电容导数值是指人体打开或关闭水龙头时，水龙头本体上检测到的电容数量关于时间的导数值。

具体的，双阈值判断法进行触碰判断的伪代码为：

当某时刻电容导数值小于预设低阈值时，判定该时刻水龙头本体的电容值变化非人体触碰引起，该时刻水龙头本体的电容值变化为噪音或无触碰信号引起，触控控制电路控制水龙头本体不进行打开和关闭动作。

为了把触碰动作所带来的电容值变化和水流有所区分，本发明设计一个孤立沿忽略机制。因为一个人体触摸动作必然由一条有效的电容值上升沿和伴随的一条有效的电容值下降沿组成。所以当连续的两条上升沿或下降沿出现时，前一条可以被判断为无效且被忽略。在实际操作中，当打开水流时，水流增加水龙头的电容值，一条电容值的上升沿会伴随着打开水龙头的动作。与之相反，当关闭水流时，原来水流增加的电容值会消失，一条电容值的下降沿会伴随着关闭水龙头的动作。因此水流所造成的上升沿和下降沿会被两个完整的触碰动作所隔开，从而被孤立沿忽略机制所忽略。由于水流本身会增加龙头的电容值，在开水和关水的过程中会分别额外有一条上升沿河下降沿。

为有效降低噪声对电容导数值数据曲线影响，可以通过数据滤波对电容导数值进行幅值调整；所述基于水龙头本体的电容值，采用双阈值判断法进行触碰判断步骤之前还包括：

基于水龙头本体的电容导数值，进行数据滤波，得到滤波后的电容导数值y_n；所述数据滤波公式满足：y_n＝c₀y_n-1+c₁x_n，其中y_n为第N次滤波后的电容导数值；y_n-1为第N-1次滤波后的电容导数值；x_n为第N次未经滤波的电容导数值；且c₀+c₁＝1，c₀，c₁为大于0的常数；N为自然数。

进行滤波后的电容导数值的时间曲线图，请参考图3所示，上半部分为电容数据原始曲线，下半部分为滤波后电容导数值的时间曲线，其中第一个脉冲波形为开水，第二个脉冲波形为关水。

优选的，所述常数c₀，c₁满足以下：

当电容导数值x_n大于等于预设高阈值时，c₀等于0.1，c₁等于0.9；

当x_n大于等于预设低阈值时，c₀等于0.5，c₁等于0.5；

当x_n小于预设低阈值时，c₀等于0.9，c₁等于0.1。

所述采用阈值判断法进行触碰判断步骤还包括：

对电容导数值进行阈值判定；当某时刻电容导数值小于预设低阈值时，判定该时刻水龙头本体的电容值变化为噪音或无触碰信号引起，触控控制电路控制水龙头本体不进行打开和关闭动作。

优选的，对电容导数值进行阈值判定的步骤之前，计算T1时刻和T2时刻之间的时间间隔T0，并判断时间间隔T0是否位于70毫秒到1000毫秒；当判断时间间隔T0位于70毫秒到1000毫秒时，执行对电容导数值进行阈值判定的步骤，否则，触控控制电路控制水龙头本体不进行打开和关闭动作；所述T2时刻为T1时刻后满足电容导数值小于预设高阈值的第一个时刻。

通过对有效触碰动作规定了特定的时间区间。即正向导数和反向导数之间的时间间隔需在70毫秒到1000毫秒之间，不在有效区间内的皆可认为是无效信号。

本发明对电容检测电路采集的电容数据原始曲线采用边缘提取的方法取代原始的阈值判断。具体方法为对原始数据曲线取一阶导数，然后通过判断导数值变化提取数据原始曲线的边缘。人体触碰龙头的动作必然由接触和离开两个部分组成，其动作反映到电容量的变化曲线会是一个电容值上升然后下降的过程。进而可以理解为一个完整的触碰动作必然会有一条电容值的上升沿和下降沿。对电容值原始数据曲线取一阶导数，可以通过导数曲线的超过一定绝对值的变化和符号可以判断出触碰动作的完成。正数且超过一定绝对值的导数可以判断的人体触碰龙头本体，反之，负数且超过一定绝对值的导数可以判断为人体离开龙头本体。

一种电容式感应触发水龙头，包括水龙头本体、电磁阀机构和触控控制电路，所述触控控制电路通过电磁阀机构控制水龙头本体动作，所述触控控制电路采用上述的电容式感应触发水龙头触控控制方法通过电磁阀机构控制水龙头本体动作。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，本发明的方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电容式感应触发水龙头触控控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：实时获取检测到的水龙头本体的电容数据，基于水龙头本体的电容数据，得到电容数据导数值的时间曲线图；

步骤S2：基于水龙头本体的电容导数值时间曲线图，采用阈值判断法进行触碰判断；所述采用阈值判断法进行触碰判断步骤包括：对电容导数值进行阈值判定；

其特征在于，

步骤S3：当检测到水龙头本体的电容导数值时间曲线图上某T1时刻和T2时刻均出现电容导数值大于或等于预设高阈值，所述T2时刻为T1时刻后满足电容导数值大于或等于预设高阈值的第一个时刻，并且在T1时刻电容导数值符号为正时，T2时刻电容导数值符号为负时，判定T1时刻至T2时刻时间间隔内水龙头本体的电容值变化为人体触碰引起，触控控制电路控制水龙头本体进行打开或关闭动作；当某时刻电容导数值小于预设低阈值时，判定该时刻水龙头本体的电容值变化为噪音或无触碰信号引起，触控控制电路控制水龙头本体不进行打开和关闭动作。

2.根据权利要求1所述的电容式感应触发水龙头触控控制方法，其特征在于，所述基于水龙头本体的电容导数值时间曲线图，采用阈值判断法进行触碰判断步骤包括：对电容导数值进行双阈值判定；其中当某时刻电容导数值小于预设高阈值，且大于预设低阈值时，依次获取紧挨该时刻后的四个时刻的电容导数值x1、x2、x3和x4，若电容导数值x1、x2、x3和x4之和大于或等于预设高阈值，则判定该时刻水龙头本体的电容值变化为人体触碰引起，触控控制电路控制水龙头本体进行打开或关闭动作。

3.根据权利要求1所述的电容式感应触发水龙头触控控制方法，其特征在于，所述基于水龙头本体的电容导数值时间曲线图，采用阈值判断法进行触碰判断步骤之前还包括：

基于水龙头本体的电容导数值，进行数据滤波，得到滤波后的电容导数值y_n；所述数据滤波公式满足：y_n＝c₀y_n-1+c₁x_n，其中y_n为第N次滤波后的电容导数值；y_n-1为第N-1次滤波后的电容导数值；x_n为第N次未经滤波的电容导数值；且c₀+c₁＝1，c₀，c₁为大于0的常数；N为自然数。

4.根据权利要求3所述的电容式感应触发水龙头触控控制方法，其特征在于，常数c₀，c₁满足以下：当电容导数值x_n大于等于预设高阈值时，c₀等于0.1，c₁等于0.9；

当x_n大于等于预设低阈值时，c₀等于0.5，c₁等于0.5；

当x_n小于预设低阈值时，c₀等于0.9，c₁等于0.1。

5.根据权利要求1所述的电容式感应触发水龙头触控控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对电容导数值进行阈值判定的步骤之前，计算T1时刻和T2时刻之间的时间间隔T0，并判断时间间隔T0是否位于70毫秒到1000毫秒；当判断时间间隔T0位于70毫秒到1000毫秒时，执行对电容导数值进行阈值判定的步骤，否则，触控控制电路控制水龙头本体不进行打开和关闭动作；所述T2时刻为T1时刻后满足电容导数值小于预设高阈值的第一个时刻。

6.根据权利要求2所述的电容式感应触发水龙头触控控制方法，其特征在于，所述预设高阈值取值为人体有效触碰水龙头本体时电容导数值平均数的70％，所述预设低阈值取值为人体有效触碰水龙头本体时的电容导数值平均数的40％。

7.一种电容式感应触发水龙头，包括水龙头本体、电磁阀机构和触控控制电路，所述触控控制电路通过电磁阀机构控制水龙头本体动作，其特征在于，所述触控控制电路采用如权利要求1-6任一项所述的电容式感应触发水龙头触控控制方法从而通过电磁阀机构控制水龙头本体动作。

8.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的电容式感应触发水龙头触控控制方法。

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