一種智能馬桶自適應識別大小便的方法及系統技術方案

本發明專利技術實施例公開了一種智能馬桶自適應識別大小便的方法，獲取人體如廁時的音頻信號；將音頻信號經過信號放大電路放大處理，通過信號濾波電路提取聲強變化的包絡線；并進行A/D轉換，過濾干擾信號，獲得音頻包絡曲線；對處理后的語音信號進行分幀，使用短時線性加權平均幅度差函數定義；根據平均幅度差函數識別大小便類型。本發明專利技術實施例還公開了一種智能馬桶自適應識別大小便的系統。本發明專利技術利用了人體在經智能馬桶設備如廁過程的大小便固有音頻變化曲線，進行分析處理得出判斷結果，避免了圖像識別需安裝攝像頭造成用戶隱私泄露及外紅線、超聲波不能準確表征排泄物的特征不足之處，準確地識別大小便采取合理水量沖洗排泄物，從而實現節約用水。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種廁所沖洗裝置及潔廁方法，尤其涉及一種智能馬桶自適應識別大小便的方法及系統。
技術介紹
目前隨著科技的進步和人民群眾生活水平的提高，智能衛浴尤其是智能馬桶設備在日常生活中的應用越來越廣泛，而在這些智能衛浴設備中，一般都需要大量用水，如何根據污物決定用水量以利于實現節水是一個亟待解決的問題，而目前在現有技術中，一般采用紅外線或超聲波探測人體如廁時間長短判斷大小便，而采用如廁時間的長短并不是大小便的固有屬性，所以容易產生誤判現象，在現有技術中又有采用安裝攝像頭進行圖像識別的方案，然而采用攝像頭容易造成用戶隱私泄露的不足。
技術實現思路
本專利技術實施例所要解決的技術問題在于，提供一種智能馬桶自適應識別大小便的方法。可通過對大小便污物排泄過程中產生的音頻固有屬性，進行精準表征其特性，實現精整識別。為了解決上述技術問題，本專利技術實施例提供了一種智能馬桶自適應識別大小便的方法，包括以下步驟：(1)獲取人體如廁時的音頻信號；(2)將所述音頻信號經過信號放大電路放大處理，通過信號濾波電路提取所述音頻信號的聲強變化的包絡線；(3)將所述包絡線進行A/D轉換，并過濾干擾信號，獲得音頻包絡曲線；(4)對處理后的語音信號進行分幀，使用以下短時線性加權平均幅度差函數定義：Fnw(k)=1N-k+1Σm=1N-k+1|Sn(m+k-1)-Sn(m)|,]]>其中，N是語音信號所加窗口的長度，Sn(m)是語音信號S(m)經過窗長為N的窗口截取的一段加窗語音信號，Sn(m)＝s(m)w(n-m)，w(n-m)為窗函數；(5)根據平均幅度差函數識別大小便類型。進一步地，所述步驟(4)還包括將原始語音信號進行分幀，并進行統計每幀平均能量，將能量小于設定閥值的幀進行內容作零處理，重新生成語音信號。更進一步地，所述步驟(4)還包括篩選每幀信號的Fnw(k)的局部極小值，使用極小值局部搜索范圍為Fs/900～Fs/50個取樣點，其中Fs為大小便信號的取樣頻率，使用以下方式進行第一次剔除野點：X(n)=0(X(n)>Fs/50orX(n)<Fs/500)|X(n)-X(n-1)|<round(X(n)/X(n-1)=2orround(X(n-1)/X(n))=2)X(n)else,]]>對經過第一次剔除后統計出來的基音頻率對應的取樣點進行平均值計算：AVE=Σn=1row|X(n)|/NUM,]]>其中，X(n)為局部極小值對應的取樣點數，NUM為X(n)不為零的總個數。更進一步地，所述步驟(4)還包括對以平均值為闕值對已經統計出來的各幀取樣點數進行第二次去野點：X(n)={0X(n)>AVE×borX(n)<AVE×aX(n)else,]]>其中，闕值a(0<a<1)、b(b>1)的動態范圍。相應地，本專利技術實施例還提供了一種智能馬桶自適應識別大小便的系統，包括拾音單元、信號放大單元、信號濾波單元、微處理器單元，所述拾音單元用于獲取如廁的音頻信號，所述信號放大單元用于使所述音頻信號進行放大處理，所述信號濾波單元用于使放大的音頻信號濾除高頻成分，并取得聲強變化的包絡線，微處理器單元包含了A/D轉換單元、濾背景噪聲單元、模型判斷單元，所述A/D轉換單元用于將所述聲強變化的包絡線的信號進行采樣和量化，所述濾背景噪聲單元，所述模型判斷單元對語音信號進行分幀，使用以下短時線性加權平均幅度差函數定義：Fnw(k)=1N-k+1Σm=1N-k+1|Sn(m+k-1)-Sn(m)|,]]>其中，N是語音信號所加窗口的長度，Sn(m)是語音信號S(m)經過窗長為N的窗口截取的一段加窗語音信號，Sn(m)＝s(m)w(n-m)，w(n-m)為窗函數，根據平均幅度差函數識別大小便類型。進一步地，所述模型判斷單元還將原始語音信號進行分幀，并進行統計每幀平均能量，將能量小于設定閥值的幀進行內容作零處理，重新生成語音信號。更進一步地，所述模型判斷單元還對每幀信號的Fnw(k)的局部極小值進行篩選，使用極小值局部搜索范圍為Fs/900～Fs/50個取樣點，其中Fs為大小便信號的取樣頻率，使用以下方式進行第一次剔除野點：X(n)=0(X(n)>Fs/50orX(n)Fs/500)|X(n)-X(n-1)|(round(X(n)/X(n-1)=2orroun(X(n-1)/(n))=2)X(n)else,]]>對經過第一次剔除后統計出來的基音頻率對應的取樣點進行平均值計算：AVE=Σn=1row|X(n)|/NUM,]]>其中，X(n)為局部極小值對應的取樣點數，NUM為X(n)不為零的總個數。更進一步地，所述模型判斷單元還對以平均值為闕值對已經統計出來的各幀取樣點數進行第二次去野點：X(n)={0X(n)>AVE×borX(n)<AVE×aX(n)else,]]>其中，闕值a(0<a<1)、b(b>1)的動態范圍。實施本專利技術實施例，具有如下有益效果：本專利技術利用了人體在經智能馬桶設備如廁過程的大小便固有音頻變化曲線，進行分析處理得出判斷結果，避免了圖像識別需安裝攝像頭造成用戶隱私泄露及外紅線、超聲波不能準確表征排泄物的特征不足之處，準確地識別大小便采取合理水量沖洗排泄物，從而實現節約用水。附圖說明圖1是小便音頻包絡曲線的示意圖；圖2是大便音頻包絡曲線的示意圖；圖3是本專利技術的結構示意框圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步地詳細描述。本專利技術實施例的一種智能馬桶自適應識別大小便的方法，是根據人體如廁過程的聲音的變化規律，小便聲音特征呈現清音特征，大便聲音特征呈現濁音特征，在智能馬桶上設置聲音傳感器，取得人體如廁過程中的音頻信號，通過聲音信號放大電路對音頻信號進行放大處理，以便于進行下一步處理；將放大后的音頻信號通過濾波電路，剔除高頻成份，提取音頻信號的包絡線，將包含聲強變化的包絡線的信號輸入微處理器，通過微處理器的A/D轉換器，將音頻信號量化采集成數字信號，通微處理器內置的程序處理掉干擾信號成份，獲得音頻包絡曲線。其中，如廁時所收集到的聲強信號由背景聲響和大小便排泄過程時的音頻信號疊加而成，所述背景聲響是風扇噪聲、外界噪聲等。如廁時聲強會發生周...

【技術保護點】
一種智能馬桶自適應識別大小便的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)獲取人體如廁時的音頻信號；(2)將所述音頻信號經過信號放大電路放大處理，通過信號濾波電路提取所述音頻信號的聲強變化的包絡線；(3)將所述包絡線進行A/D轉換，并過濾干擾信號，獲得音頻包絡曲線；(4)對處理后的語音信號進行分幀，使用以下短時線性加權平均幅度差函數定義：其中，N是語音信號所加窗口的長度，Sn(m)是語音信號S(m)經過窗長為N的窗口截取的一段加窗語音信號，Sn(m)＝s(m)w(n?m)，w(n?m)為窗函數；(5)根據平均幅度差函數識別大小便類型。

【技術特征摘要】
1.一種智能馬桶自適應識別大小便的方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)獲取人體如廁時的音頻信號；
(2)將所述音頻信號經過信號放大電路放大處理，通過信號濾波電路提取
所述音頻信號的聲強變化的包絡線；
(3)將所述包絡線進行A/D轉換，并過濾干擾信號，獲得音頻包絡曲線；
(4)對處理后的語音信號進行分幀，使用以下短時線性加權平均幅度差函
數定義：
其中，N是語音信號所加窗口
的長度，Sn(m)是語音信號S(m)經過窗長為N的窗口截取的一段加窗語音信號，
Sn(m)＝s(m)w(n-m)，w(n-m)為窗函數；
(5)根據平均幅度差函數識別大小便類型。
2.根據權利要求1所述的智能馬桶自適應識別大小便的方法，其特征在于，
所述步驟(4)還包括將原始語音信號進行分幀，并進行統計每幀平均能量，將
能量小于設定閥值的幀進行內容作零處理，重新生成語音信號。
3.根據權利要求2所述的智能馬桶自適應識別大小便的方法，其特征在于，
所述步驟(4)還包括篩選每幀信號的Fnw(k)的局部極小值，使用極小值局部搜
索范圍為Fs/900～Fs/50個取樣點，其中Fs為大小便信號的取樣頻率，使用以
下方式進行第一次剔除野點：
X(n)=0(X(n)>Fs/50orX(n)<Fs/500)|X(n)-X(n-1)|(round(X(n)/X(n-1)=2orround(X(n-1)/X(n))=2)X(n)else,]]>對經過第一次剔除后統計出來的基音頻率對應的取樣點進行平均值計算：
AVE=Σn=1row|X(n)|/NUM,]]>其中，X(n)為局部極小值對應的取樣點數，NUM為X(n)不為零的總個數。
4.根據權利要求3所述的智能馬桶自適應識別大小便的方法，其特征在于，
所述步驟(4)還包括對以平均值為闕值對已經統計出來的各幀取樣點數進行第
二次去野點：
其中，闕值a(0<a<1)、b(b>1)
的動態范圍。
5.一種智能馬桶自適應識別大小便的系統，其特征在于，包括拾音單元、
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：傅胤榮，林浩岳，盧裕釗，
申請(專利權)人：廣東睿康智能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44