一种智能马桶自适应识别大小便的方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种智能马桶自适应识别大小便的方法，获取人体如厕时的音频信号；将音频信号经过信号放大电路放大处理，通过信号滤波电路提取声强变化的包络线；并进行A/D转换，过滤干扰信号，获得音频包络曲线；对处理后的语音信号进行分帧，使用短时线性加权平均幅度差函数定义；根据平均幅度差函数识别大小便类型。本发明专利技术实施例还公开了一种智能马桶自适应识别大小便的系统。本发明专利技术利用了人体在经智能马桶设备如厕过程的大小便固有音频变化曲线，进行分析处理得出判断结果，避免了图像识别需安装摄像头造成用户隐私泄露及外红线、超声波不能准确表征排泄物的特征不足之处，准确地识别大小便采取合理水量冲洗排泄物，从而实现节约用水。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种厕所冲洗装置及洁厕方法，尤其涉及一种智能马桶自适应识别大小便的方法及系统。
技术介绍
目前随着科技的进步和人民群众生活水平的提高，智能卫浴尤其是智能马桶设备在日常生活中的应用越来越广泛，而在这些智能卫浴设备中，一般都需要大量用水，如何根据污物决定用水量以利于实现节水是一个亟待解决的问题，而目前在现有技术中，一般采用红外线或超声波探测人体如厕时间长短判断大小便，而采用如厕时间的长短并不是大小便的固有属性，所以容易产生误判现象，在现有技术中又有采用安装摄像头进行图像识别的方案，然而采用摄像头容易造成用户隐私泄露的不足。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种智能马桶自适应识别大小便的方法。可通过对大小便污物排泄过程中产生的音频固有属性，进行精准表征其特性，实现精整识别。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种智能马桶自适应识别大小便的方法，包括以下步骤：(1)获取人体如厕时的音频信号；(2)将所述音频信号经过信号放大电路放大处理，通过信号滤波电路提取所述音频信号的声强变化的包络线；(3)将所述包络线进行A/D转换，并过滤干扰信号，获得音频包络曲线；(4)对处理后的语音信号进行分帧，使用以下短时线性加权平均幅度差函数定义：Fnw(k)=1N-k+1Σm=1N-k+1|Sn(m+k-1)-Sn(m)|,]]>其中，N是语音信号所加窗口的长度，Sn(m)是语音信号S(m)经过窗长为N的窗口截取的一段加窗语音信号，Sn(m)＝s(m)w(n-m)，w(n-m)为窗函数；(5)根据平均幅度差函数识别大小便类型。进一步地，所述步骤(4)还包括将原始语音信号进行分帧，并进行统计每帧平均能量，将能量小于设定阀值的帧进行内容作零处理，重新生成语音信号。更进一步地，所述步骤(4)还包括筛选每帧信号的Fnw(k)的局部极小值，使用极小值局部搜索范围为Fs/900～Fs/50个取样点，其中Fs为大小便信号的取样频率，使用以下方式进行第一次剔除野点：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,]]>对经过第一次剔除后统计出来的基音频率对应的取样点进行平均值计算：AVE=Σn=1row|X(n)|/NUM,]]>其中，X(n)为局部极小值对应的取样点数，NUM为X(n)不为零的总个数。更进一步地，所述步骤(4)还包括对以平均值为阙值对已经统计出来的各帧取样点数进行第二次去野点：X(n)={0X(n)>AVE×borX(n)<AVE×aX(n)else,]]>其中，阙值a(0<a<1)、b(b>1)的动态范围。相应地，本专利技术实施例还提供了一种智能马桶自适应识别大小便的系统，包括拾音单元、信号放大单元、信号滤波单元、微处理器单元，所述拾音单元用于获取如厕的音频信号，所述信号放大单元用于使所述音频信号进行放大处理，所述信号滤波单元用于使放大的音频信号滤除高频成分，并取得声强变化的包络线，微处理器单元包含了A/D转换单元、滤背景噪声单元、模型判断单元，所述A/D转换单元用于将所述声强变化的包络线的信号进行采样和量化，所述滤背景噪声单元，所述模型判断单元对语音信号进行分帧，使用以下短时线性加权平均幅度差函数定义：Fnw(k)=1N-k+1Σm=1N-k+1|Sn(m+k-1)-Sn(m)|,]]>其中，N是语音信号所加窗口的长度，Sn(m)是语音信号S(m)经过窗长为N的窗口截取的一段加窗语音信号，Sn(m)＝s(m)w(n-m)，w(n-m)为窗函数，根据平均幅度差函数识别大小便类型。进一步地，所述模型判断单元还将原始语音信号进行分帧，并进行统计每帧平均能量，将能量小于设定阀值的帧进行内容作零处理，重新生成语音信号。更进一步地，所述模型判断单元还对每帧信号的Fnw(k)的局部极小值进行筛选，使用极小值局部搜索范围为Fs/900～Fs/50个取样点，其中Fs为大小便信号的取样频率，使用以下方式进行第一次剔除野点：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,]]>对经过第一次剔除后统计出来的基音频率对应的取样点进行平均值计算：AVE=Σn=1row|X(n)|/NUM,]]>其中，X(n)为局部极小值对应的取样点数，NUM为X(n)不为零的总个数。更进一步地，所述模型判断单元还对以平均值为阙值对已经统计出来的各帧取样点数进行第二次去野点：X(n)={0X(n)>AVE×borX(n)<AVE×aX(n)else,]]>其中，阙值a(0<a<1)、b(b>1)的动态范围。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：本专利技术利用了人体在经智能马桶设备如厕过程的大小便固有音频变化曲线，进行分析处理得出判断结果，避免了图像识别需安装摄像头造成用户隐私泄露及外红线、超声波不能准确表征排泄物的特征不足之处，准确地识别大小便采取合理水量冲洗排泄物，从而实现节约用水。附图说明图1是小便音频包络曲线的示意图；图2是大便音频包络曲线的示意图；图3是本专利技术的结构示意框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术实施例的一种智能马桶自适应识别大小便的方法，是根据人体如厕过程的声音的变化规律，小便声音特征呈现清音特征，大便声音特征呈现浊音特征，在智能马桶上设置声音传感器，取得人体如厕过程中的音频信号，通过声音信号放大电路对音频信号进行放大处理，以便于进行下一步处理；将放大后的音频信号通过滤波电路，剔除高频成份，提取音频信号的包络线，将包含声强变化的包络线的信号输入微处理器，通过微处理器的A/D转换器，将音频信号量化采集成数字信号，通微处理器内置的程序处理掉干扰信号成份，获得音频包络曲线。其中，如厕时所收集到的声强信号由背景声响和大小便排泄过程时的音频信号叠加而成，所述背景声响是风扇噪声、外界噪声等。如厕时声强会发生周...

【技术保护点】
一种智能马桶自适应识别大小便的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取人体如厕时的音频信号；(2)将所述音频信号经过信号放大电路放大处理，通过信号滤波电路提取所述音频信号的声强变化的包络线；(3)将所述包络线进行A/D转换，并过滤干扰信号，获得音频包络曲线；(4)对处理后的语音信号进行分帧，使用以下短时线性加权平均幅度差函数定义：其中，N是语音信号所加窗口的长度，Sn(m)是语音信号S(m)经过窗长为N的窗口截取的一段加窗语音信号，Sn(m)＝s(m)w(n‑m)，w(n‑m)为窗函数；(5)根据平均幅度差函数识别大小便类型。

【技术特征摘要】
1.一种智能马桶自适应识别大小便的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取人体如厕时的音频信号；
(2)将所述音频信号经过信号放大电路放大处理，通过信号滤波电路提取
所述音频信号的声强变化的包络线；
(3)将所述包络线进行A/D转换，并过滤干扰信号，获得音频包络曲线；
(4)对处理后的语音信号进行分帧，使用以下短时线性加权平均幅度差函
数定义：
其中，N是语音信号所加窗口
的长度，Sn(m)是语音信号S(m)经过窗长为N的窗口截取的一段加窗语音信号，
Sn(m)＝s(m)w(n-m)，w(n-m)为窗函数；
(5)根据平均幅度差函数识别大小便类型。
2.根据权利要求1所述的智能马桶自适应识别大小便的方法，其特征在于，
所述步骤(4)还包括将原始语音信号进行分帧，并进行统计每帧平均能量，将
能量小于设定阀值的帧进行内容作零处理，重新生成语音信号。
3.根据权利要求2所述的智能马桶自适应识别大小便的方法，其特征在于，
所述步骤(4)还包括筛选每帧信号的Fnw(k)的局部极小值，使用极小值局部搜
索范围为Fs/900～Fs/50个取样点，其中Fs为大小便信号的取样频率，使用以
下方式进行第一次剔除野点：
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,]]>对经过第一次剔除后统计出来的基音频率对应的取样点进行平均值计算：
AVE=Σn=1row|X(n)|/NUM,]]>其中，X(n)为局部极小值对应的取样点数，NUM为X(n)不为零的总个数。
4.根据权利要求3所述的智能马桶自适应识别大小便的方法，其特征在于，
所述步骤(4)还包括对以平均值为阙值对已经统计出来的各帧取样点数进行第
二次去野点：
其中，阙值a(0<a<1)、b(b>1)
的动态范围。
5.一种智能马桶自适应识别大小便的系统，其特征在于，包括拾音单元、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅胤荣，林浩岳，卢裕钊，
申请(专利权)人：广东睿康智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44