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人工智能水龙头研究方案
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随着计算机技术和人工智能的飞速发展,智能水龙头给人们的生活带来很多便利,但是目前市场上的智能水龙头不能很好的满足人们的生活需要。本文所设计的水龙头系统具有红外线控制功能和图像处理技术功能,能够精准识别物体,做出准确判断,当物体靠近水龙头时会被自动识别,发出控水指令,使用简单且方便,同时也可有效的防止因未能及时关闭水龙头而造成的水资源流失,并避免各种接触传染类疾病的传播与扩散。系统同时具备有语音识别和语音播报功能以及发电功能,依靠水轮机将电能发出并储存于蓄电池中,可供电路中的负载使用,在水龙头的使用期间,语音识别模块会播放一些广告、音乐等,用来提高人们的节水意识。

0 引言

现在市场上的水龙头的种类主要有以下几种。是扳手式、螺旋式、感应式、抬起式。在很多情况下,新型的感应式水龙头也已经出现在我们生活中的各个方面。特别是在公共厕所里非常普遍了。感应式水龙头的出现,可有效防止接触感染状况发生。有时候用杯子打水的时候,水出不来。或者,打的水不是您想要的量,有溢出来的时候,也有不满的时候,很难有效地满足人们的日常生活。为了解决这种情况,我们采用了基于图像识别的智能水龙头节水方法来避免此类问题的发生。同时,采用语音芯片,红外线传感器和光纤灯,系统具备语音播报功能和发电功能。此外,在水龙头使用期间,还可以播放公共广告,提高人们的节水意识,实用性很强。

1 智能水龙头的工作原理

系统统主要由接收信号处理装置、终端控制系统、电磁阀、水轮机发电装置、储能装置、语音识别装置(LD3320 语音识别芯片)这几个部分组成。信号接受装置主要以红外线传感器和识别装置组成,通过应用图像处理技术可以更精准、高效率、多种类的识别物体,以能满足日常生活所需和节水效能。

2 电路设计

2.1 接收信号装置

在此设计中,人工智能水龙头光传感器使用 52 单片机进行控制,红外线水龙头控制电路由变压器、红外发射电路、红外接收电路、电磁阀控制电路以及灵敏度调整电路这五部分构成。电路所需的 12v 电压由 F50-12v 微型水力发电机提供,然后输出给到电磁水阀,红外发射、接收管和电磁水阀控制电路。继电器的 5v 电压由单片机提供。该电路通过红外发射接收管采集外部信号,当信号发生变化时,首先将检测到的变化转变为光信号的变化,然后通过光电元件把光信号转变成为电信号。再将电信号传入到电磁阀控制的电路中,电磁阀控制电路根据输入信号的变化(信号值 0/1的改变),控制电磁阀阀门的开与闭。

2.2 图像处理技术在人工智能水龙头中的应用

计算机成像技术可以解决检测阀的当前状态和物体的成像。这项技术的应用对于真实图像的捕获、分析和存储更为重要。这个过程主要包括将 3D 信息提取成 2D 信息。然后将排版和分类提取的信息数据下载到 3D 模型中。因此,与 2D设计相对应的 3D 模型是在 3D 空间中构建的。在当水龙头感应系统在第二次感应到这种图形,或则类似图像时,可进行与第一次的图像进行对比,如果相似,中央控制系统就会发出一条指令,让电磁阀通电,打开水龙头开关,流出让我们所需的水流。

2.3 人工智能水龙头的工作流程分析

在整个作业过程中,其中 AI 推理终端装置和数据采集设备是最为关键的。安装在本地的 AI 推理终端,在本地实时处理数据时采用边缘计算方式,定期更新数据,以确保隐私性和安全性。在节水方法中,控制电磁阀信号分为持续打开和立即关闭两种信号,且两种信号的优先级相同,AI 推理终端在同一时刻内仅会发送一种信号。AI 推理终端工作模式分为静息和识别两种模式。AI 推理终端工作的模式默认是静息模式,发送停水信号,实时计算图像属性值。AI 推理终端通过连续两帧图像属性值判断启动或退出识别模式,不让水资源流失,能够更好的节约水资源 ;在物体识别模式下 AI 推理终端会追加实时识别功能与分类存储功能,对于计算机中没有的物体图像属性值,会根据物体进行图像识别分析并存储。对于识别的物体种类不同而发送不同控水信号,识别物体不同的位置判断是否切换控水信号。

2.4 微型水轮机发电装置

储能的部分是为了水轮机能够输出一个稳定的直流电压,然后,水轮机的输出端经过 LM2596稳压模块和高压直流负载保护模块LM 7805,保证电池充电电压的情况是在稳定的范围内 , 以避免因过载造成电路损坏的情况 , 并确保安全。本文中所用储能装置采取 12v 锂离子锂电池,储存在电池中的能量可用于语音识别装置(LD3320 语音识别芯片)、红外线控制装置等负载。由于水龙头使用时间较短,通过水轮机的流量有限,故储能装置的能量能够满足电路中的负载使用,没有必要去使用更大的储能装置。

2.5 语音识别装置

本文设计的智能水龙头采用 LD3320 语音识别芯片,它的优点是完全不需要外接外部存储器,如 FLASH 和 RAM 等,只需要使用 LD3320 芯片就可以进行高质量的语音识别工作。高度集成的 LD3320 语音识别芯片使语音处理非常方便,只需要确定寄存器的地址,编写程序,然后测试,最后完成用单片机对水龙头的控制。利用语音识别装置,我们除了采集信号控制电磁阀外(通过说话控制来控制水龙头的开关,就像我们的智能手机,通过一些的语音指令,可以唤醒我们的手机,同时人工智能水龙头又可以回复你的语音指令,并执行操作),我们还可以在里面输入一些节约水源的标语,让人们提高节水意识,让人放松的音乐或者一些充满正能量的话语。

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