CN204878958U - 一种基于频谱分析的智能停水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于频谱分析的智能停水装置，包括信号采集单元、信号处理单元和执行单元。信号采集单元接收水滴发出的声音，并将其转换成音频信号，然后送至信号处理单元；信号处理单元对音频信号进行处理，确定停水时刻，并输出控制信号至执行单元，实现停水控制。本实用新型通过信号处理电路对水滴的音频信号进行频谱分析，采用模糊算法，根据音频信号频率变化拐点精确判断水满时刻。本实用新型的信号处理单元对音频信号采样的时间间隔不大于0.05秒，水满时刻的判断误差小于采样的时间间隔，可以完全避免水的溢出，解决了水资源浪费以及人身安全问题。而且无需主观判断，具有控制速度快、工作稳定性好和抗干扰能力强等优点。

Description

一种基于频谱分析的智能停水装置

技术领域

本实用新型属于信息处理与自动化控制领域，具体涉及一种基于频谱分析的智能停水装置。

背景技术

21世纪是水的世纪，社会正进入一个水资源极度匮乏的时代。节约水资源刻不容缓。联想到校园生活中的水房，学生在接水过程中为了满足个人需要，往往因为断水时间的不恰当以及水龙头残余流量的问题导致热水溢出的现象，一方面造成了水资源的浪费，另一方面容易造成学生的安全问题。

当前国内外的智能停水装置主要基于红外感应技术实现自动控水。市场上比较成熟的感应节水开关一般只由红外感应和电磁阀组成，只具有自动感应出水功能。比如，感应式饮水机，包括机体、热水龙头和室温水龙头。机体前部热水龙头和室温水龙头下各安装一个感应探头，机体内装有人体红外感应装置。当杯子放在水龙头下时，自动出水；杯子离开时，自动停水。

现有智能停水装置中存在的问题是：智能化程度不高，控制方法简单，仍然需要用户主观判断停水时间，依旧存在“白滴水”的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种基于频谱分析的智能停水装置，真正实现了智能节水功能。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于频谱分析的智能停水装置，包括执行单元，其特征在于还包括：信号采集单元和信号处理单元。所述信号采集单元接收水滴发出的声音，将其转换成音频信号后送至所述信号处理单元；所述信号处理单元输出停水控制信号至所述执行单元。

进一步地，所述执行单元包括抵接水龙头的电磁阀。

进一步地，所述信号采集单元包括安装在距出水口3-5厘米的麦克风。

优选地，所述麦克风为定向麦克风，方向正对水壶接水口处。

优选地，所述信号处理单元采用DSP信号处理器或单片机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

传统的自动停水装置大多采用红外感应技术，水壶放在水龙头下时自动出水；水壶离开时自动停水。其缺点是停水时刻仍需人为主观判断，不能精确判断水满时刻，从而造成水资源浪费甚至导致烫伤。本实用新型利用定向麦克风采集热水注入容器时发出的声音信号，采用信号处理电路对音频信号进行频谱分析，采用模糊算法，根据音频信号频率变化拐点精确判断水满时刻，并利用电磁阀实现水的智能控制。本实用新型的信号处理单元对音频信号采样的时间间隔不大于0.05秒，水满时刻的判断误差小于采样的时间间隔，避免水的溢出，解决了水资源浪费以及人身安全问题。而且无需主观判断，具有控制速度快、工作稳定性好和抗干扰能力强等优点。

附图说明

图1本实用新型所述智能停水装置组成框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。该实施例只用于对本实用新型做进一步说明，并不限制其保护范围。

根据生活常识可知，当用容器接水时，随着容器内水面高度的不同，水滴发出声音的频率也不同。因此，人们通过耳朵分辨水滴的声音判断容器内的水是否已接满。根据这一原理，采用电子技术实现容器水满时刻的估算，工作原理是：首先将水滴声音转换成音频信号，然后对所述音频信号进行频谱分析，根据水满时水滴音频信号的频谱特征确定水满时刻。

一种基于频谱分析的智能停水装置，如图1所示，包括执行单元3，其特征在于还包括：信号采集单元1和信号处理单元2。所述信号采集单元1接收水滴发出的声音，并将其转换成音频信号，然后将所述音频信号送至所述信号处理单元2；所述信号处理单元2对所述音频信号进行处理，计算停水时刻，并输出停水控制信号至所述执行单元3，实现停水控制。

所述执行单元3包括抵接水龙头的电磁阀，所述电磁阀在所述信号处理单元输出的控制信号作用下实现停水控制。

所述信号采集单元1包括麦克风，安装在出水口附近。

优选地，为了更有效地接收水滴发出的声音，所述麦克风为定向麦克风，方向正对水壶接水口处。

优选地，所述信号处理单2元采用DSP信号处理器，也可以采用单片机。

所述信号处理单元2通过对音频信号进行滤波处理获得音频信号的频谱信息，然后进行频谱分析，并利用模糊算法估算停水时刻。水满时音频信号的频谱产生突变，例如水壶中的水将要灌满时音频信号的频率变化有一个突变的拐点，该时刻即为基于频谱分析和模糊算法确定的停水时刻。

所述信号处理单元2对所述音频信号采样的时间间隔不大于0.05秒。水满时刻的判断误差小于0.05秒，根据流量V＝流速q×时间t，溢出或者不足的水量V_误差远远小于容器的总容量V_容器，误差可以忽略不计，所以可以有效避免水的溢出，解决了水资源浪费以及人身安全问题。

本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于频谱分析的智能停水装置，包括执行单元(3)，其特征在于还包括：信号采集单元(1)，信号处理单元(2)；所述信号采集单元(1)接收水滴发出的声音，将其转换成音频信号后送至所述信号处理单元(2)；所述信号处理单元(2)输出停水控制信号至所述执行单元(3)。

2.根据权利要求1所述的基于频谱分析的智能停水装置，其特征在于，所述执行单元(3)包括抵接水龙头的电磁阀。

3.根据权利要求1所述的基于频谱分析的智能停水装置，其特征在于，所述信号采集单元(1)包括安装在距出水口3-5厘米的麦克风。

4.根据权利要求3所述的基于频谱分析的智能停水装置，其特征在于，所述麦克风为定向麦克风，其方向正对水壶接水口。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的基于频谱分析的智能停水装置，其特征在于，所述信号处理单元(2)采用DSP信号处理器或单片机。