本申请涉及智慧厨房技术领域，特别地涉及一种自动水龙头及其控制方法与控制系统。
背景技术：
厨房是给家庭带来温暖、体现温馨的地方，在厨房里烹饪美食更是人们日常生活不可或缺的一部分。便利的厨用设备能够给人们的日常带来便利，提升幸福感。
厨用水龙头是厨房内的必要设备，它经历了从传统机械式到红外控制式的发展，在功能上实现了从手动控制开关到自动控制开关的提升，给人们的操作使用带来了一些便利。然而，仅是实现开关功能，并不能满足人们对便利性的要求。比如，生活中常需要清洗较大物品，此时并不能空出手去调节水量大小及调整出水位置。而传统的机械式和红外控制式水龙头不能很好地应对上述情况，同时，还存在浪费水资源的弊端。因此，亟需一种能够实现自动调整位置和水量的水龙头装置来解决上述问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本申请提供一种自动水龙头及其控制系统与控制方法，以解决现有技术中的水龙头不能自动调整出水位置和出水量的问题。
第一方面，本申请提供一种自动水龙头的控制方法，所述方法包括如下步骤：
监测并获取目标对象的运动状态；
对所述运动状态进行分析，以确定所述目标对象的运动规律，并根据所述运动规律输出相应的控制指令，所述控制指令包括与水龙头工作模式相关的控制信号；
根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径。
更进一步的，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径，包括：
根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向的运动。
更进一步的，当所述工作模式为往复冲洗模式时，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向的运动，包括：
根据往复冲洗模式的控制信号来驱动所述位置电机带动所述水龙头的出水部件在指定区域内做水平方向上的往复运动。
更进一步的，当所述工作模式为固定冲洗模式时，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动，包括：
根据固定冲洗模式的控制信号来驱动所述位置电机保持所述水龙头的出水部件在水平方向上的位置。
更进一步的，当所述工作模式为关闭模式时，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动，包括：
根据关闭模式的控制信号来驱动所述位置电机停止带动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动。
更进一步的，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径，还包括：
根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动高度电机以带动所述水龙头的出水部件或进水部件做竖直方向上的运动。
更进一步的，所述控制指令还包括水量调节信号，所述控制方法还包括：
根据所述水量调节信号来控制所述水龙头的出水部件的出水调节阀，以改变所述水龙头的出水部件的开度大小。
第二方面，本申请提供一种自动水龙头的控制系统，所述控制系统包括
监测装置，用于监测目标对象并获取目标对象的运动状态；
控制装置，连接所述监测装置，用于对所述监测装置获取到的运动状态进行处理，分析出所述目标对象的运动规律，并根据所述运动规律输出相应的控制指令，所述控制指令包括与水龙头工作模式相关的控制信号；
第一执行装置，连接所述控制装置，用于根据所述控制装置输出的与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径。
更进一步的，所述第一执行装置包括：
位置电机，用于根据所述控制装置输出的与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动。
更进一步的，，所述工作模式包括往复冲洗模式；所述位置电机设置成，根据所述控制装置输出的往复冲洗模式的控制信号来驱动所述水龙头的出水装置在指定区域内做水平方向上的往复运动。
更进一步的，所述工作模式还包括固定冲洗模式，所述位置电机还设置成，根据所述控制装置输出的固定冲洗模式的控制信号来保持所述水龙头的出水部件在水平方向上的位置。
更进一步的，所述工作模式还包括关闭模式，所述位置电机还设置成，根据所述控制装置输出的关闭模式的控制信号停止驱动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动。
更进一步的，所述第一执行装置还包括：
高度电机，用于根据所述控制装置输出的与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动所述水龙头的出水部件或进水部件做竖直方向上的运动。
更进一步的，所述控制指令还包括水量调节信号；所述控制装置还包括：
第二执行装置，连接所述控制装置，用于根据所述控制装置输出的水量调节信号来改变所述水龙头的出水部件的开度大小。
更进一步的，所述第二执行装置为出水调节阀。
第三方面，本申请提供一种自动水龙头，包括进水部件和出水部件，以及第二方面所述的控制系统。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：本申请提供的一种自动水龙头及其控制系统与控制方法，能够根据目标对象的运动状态改变水龙头的出水位置和出水量，针对目标对象不同的运动规律切换不同的工作模式，实现了水龙头的自动化控制，为用户提供了极大的方便，节约了水资源。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述：
图1为本申请实施例一提供的自动水龙头控制系统的框图；
图2为本申请实施例一提供的自动水龙头控制系统的物理结构示意图；
图3为本申请实施例二提供的自动水龙头控制方法的流程示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本申请的保护范围之内。
实施例一
本实施例提供一种自动水龙头的控制系统，如图1所示，该系统包括毫米波雷达101、信号处理器102、控制器103、电机104和调节阀105。
作为本实施例的监测装置，毫米波雷达101包括发射器111、天线121、接收器131等组件，其利用发射器111通过天线121向外发射毫米波(指30-300ghz的无线电波)，利用接收器131接收目标对象的反射信号，由此快速的获取目标对象的运动状态，比如位置、速度、高度、多普勒、信噪比等。目标对象可以是手部，也可以是炊具、餐具、水果、蔬菜或者其他辅助物体。
毫米波雷达101可每隔指定时间间隔进行指定次数的检测，以实时监测是否有目标对象的出现。上述设置可由控制器103向毫米波雷达101发出控制信号实现，也可通过其他定时装置实现。
毫米波雷达101具有极宽的带宽和窄波束，能够清晰的分辨目标对象的细节，且其器件尺寸小，容易小型化。在实际应用中，也可以采用红外传感器作为监测装置。
信号处理器102和控制器103构成了本实施例控制系统的控制装置。
信号处理器102用于对接收器131接收到的代表目标对象运动状态的信号，进行滤波和数字化处理，得到目标对象的运动数据。信号处理器102可以是由电子元件构成的硬件电路，且包含算法。该算法优选的为多分类支持向量机。该多分类支持向量机是预先经过学习训练的，可以在上述目标对象的运动数据中进行特征提取，根据不同的类别得到目标对象的运动规律。在实际应用中，可以用决策树、神经网络或者集成学习器等能够实现分类功能的算法作为替代算法。
控制器103根据信号处理器102分析出的目标对象的运动规律，判断出水龙头应该以哪种工作模式进行冲洗，生成控制指令通过控制执行装置来控制水龙头相应部件的运动路径，不同的工作模式对应不同的控制信号。该控制信号可以是电压或者电流信号。
控制器103可以是专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、数字信号处理设备(digitalsignalprocessingdevice，简称dspd)、可编程逻辑器件(programmablelogicdevice，简称pld)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。
作为本实施例的执行装置之一，电机104接收控制器103发出的控制信号，通过驱动自身运转来带动水龙头相关部件的运动从而改变其运动路径。电机104可以包括位置电机和高度电机，分别用来改变水龙头相关部件在水平方向和竖直方向上的运动路径。
其中，位置电机可控制水龙头的出水部件在指定区域的水平方向上往复运动。根据运动路径的不同，往复运动可以是线段式来回运动，也可以是画圆式绕圈运动。根据目标对象的不同，往复运动可以是跟随目标对象的运动轨迹而运动，也可以是以设定的运动速度和运动方向进行往复运动。前者适用于冲洗较小目标对象时，目标对象不停移动位置的情况；后者适用于冲洗较大目标对象时，目标对象固定位置，需要水流来回冲洗的情况。而目标对象大小的判断是由毫米波雷达101检测并经后续控制装置分析计算得到的。
高度电机用来控制水龙头的出水部件或者进水部件在竖直方向上的运动以改变水龙头出水的高度。具体的，需要根据水龙头的实际构造来决定是控制出水部件还是进水部件，只要能够实现调整水龙头的出水口距离目标对象的距离即可。此外，高度电机可以配合位置电机，实现水龙头出水部件在水平方向和竖直方向上的同时运动或者先后运动。
本实施例的另一个执行装置是调节阀105，其接收控制器103发出的水量调节信号来改变水龙头出水部件的开度大小从而调节水龙头的出水量。调节阀105可根据目标对象在竖直方向上的运动规律来调节出水量。比如，当监测到目标对象在竖直方向上的位置提升时，则控制开度开大以增加出水量；反之，当监测到目标对象在竖直方向上的位置降低时，则控制开度开小以减少出水量。优选的，调节阀105为电磁阀。在实际应用中，水龙头的出水部件包括调节阀本身，调节阀根据控制信号改变自身的开度大小即可控制出水量。
控制器103根据目标对象的运动规律，匹配出对应的水龙头的工作模式，发出分别控制电机104和调节阀105的控制信号，以改变水龙头的相关部件在水龙头不同工作模式下的运动路径和出水量。比如，如表1所示，对应于目标对象的位置来回变化的运动规律，匹配的是往复冲洗模式；对应于目标对象的位置基本不变或轻微移动的运动规律，匹配的是固定冲洗模式；对应于运动规律为空值或没有运动规律(指定范围内没有出现目标对象)，匹配的是关闭模式。
表1
请参阅图2，为本实施例自动水龙头控制系统的物理结构示意图。图中，毫米波雷达及控制装置设置在进水管一端。水龙头的出水部件具体为出水管，位置电机位于出水管的后端(平面可视的为前端)。出水管包括旋转结构、第一限位开关和第二限位开关。工作时，控制器控制位置电机在第一限位开关和第二限位开关之间来回旋转，相应的，出水管的运动路径在图中虚线所示的范围内。
实施例二
本实施例提供一种自动水龙头的控制方法，如图3所示，包括如下步骤：
步骤s201，监测是否出现目标对象，并获取目标对象的运动状态。
步骤s202，对运动状态进行分析，以确定目标对象的运动规律，并根据运动规律输出相应的控制指令，该控制指令包括与水龙头工作模式相关的控制信号。
步骤s203，根据与水龙头工作模式相关的控制信号来改变水龙头的出水部件的运动路径和开度。
其中，可利用雷达或者红外传感器实现目标对象的检测和运动状态的获取，优选的选取毫米波雷达。运动规律通过对检测到的运动信息进行特征提取分析得到，可利用多分类向量机或其他能够实现分类功能的算法实现。运动信息包括目标对象的位置、速度、高度、多普勒以及信噪比等。目标对象不同的运动规律需要水龙头以不同的工作模式进行冲洗，即运动规律与工作模式是匹配的关系，可以一对一映射，也可以多对一映射。根据既定的工作模式生成相应的控制指令，该控制指令包括控制出水部件运动的控制信号和控制出水部件开度的水量调节信号，出水部件受控于上述信号而改变运动路径和开度。
在本实施例中，利用电机来改变水龙头出水部件的运动路径，具体的，利用位置电机改变出水部件水平方向的运动路径，利用高度电机改变出水部件竖直方向的运动路径。同时，利用调节阀来改变水龙头出水部件的开度，开度可以是打开、关闭、开大、开小等。可以同时改变水龙头出水部件的运动路径和开度，也可以各自分开控制，即水龙头出水部件水平方向的运动路径、竖直方向上的路径及开度，可以改变其中一个或同时改变其中多个。
结合图1和图3，以往复冲洗模式、固定冲洗模式和关闭模式为例，详细说明本实施例的控制方法在上述工作模式下，是如何改变水龙头相关部件的运动路径和开度的。
1.往复冲洗模式
毫米波雷达101实时监测指定范围内是否出现了目标对象，若监测到出现了目标对象，则获取目标对象的运动状态。代表运动状态的运动信息经由信号处理器102处理分析，得到目标对象的运动规律。当分析出的该运动规律是目标对象的位置来回变化时，控制器103匹配出相应于这种运动规律的工作模式是往复冲洗模式，于是生成控制指令，发出代表执行往复冲洗模式的控制信号和水量调节信号分别给电机104中的位置电机和调节阀105。该控制信号驱动电机104中的位置电机带动水龙头的出水部件跟随目标对象做往复运动，水量调节信号控制调节阀105使得水龙头的出水部件打开。
2.固定冲洗模式
毫米波雷达101实时监测指定范围内是否出现了目标对象，若监测到出现了目标对象，则获取目标对象的运动状态。代表运动状态的运动信息经由信号处理器102处理分析，得到目标对象的运动规律。当分析出的该运动规律是目标对象的位置基本不变或轻微移动时，控制器103匹配出相应于这种运动规律的工作模式是固定冲洗模式，于是生成控制指令，发出代表执行固定冲洗模式的控制信号和水量调节信号分别给电机104中的位置电机和调节阀105。该控制信号驱动电机104中的位置电机保持水龙头的出水部件的位置不变，水量调节信号控制调节阀105使得水龙头的出水部件打开。
3.关闭模式
毫米波雷达101实时监测指定范围内是否出现了目标对象，若监测到没有目标对象出现，则分析出的运动规律为空值或不存在，控制器103匹配出相应于这种运动规律的工作模式是关闭模式，于是生成控制指令，发出代表执行关闭模式的控制信号和水量调节信号分别给电机104中的位置电机和/或高度电机以及调节阀105。该控制信号驱动电机104中的位置电机和/或高度电机停止带动水龙头的出水部件和/或进水部件的运动，水量调节信号控制调节阀105使得水龙头的出水部件关闭。
在实际应用中，可不限于上述工作模式，比如，还可以包括大水量冲洗模式和小水量冲洗模式，分别对应的运动规律为目标对象在竖直方向上的位置提升和目标对象在竖直方向上的位置降低。只要能够依据目标对象的运动规律改变水龙头相关部件的运动路径以实现自动化冲洗的工作模式，均在本申请保护范围之内。
此外，还可以利用不同的手势实现复杂控制。例如，监测到手势顺时针旋转，则控制出水部件开大或开小；监测到手势逆时针旋转，则控制出水部件往复运动。与此类似或相同的示例，均属于本申请的保护范围。
实施例三
本实施例提供一种自动水龙头，包括进水部件和出水部件，以及实施例一中所述的控制系统，该控制系统在实施例一中已详细说明，在此不赘述。
本实施例的自动水龙头应用于厨房，在实际应用中，也可将其应用在任何需要冲洗物品或设备的场所。
综上，本申请提供的一种自动水龙头及其控制系统和控制方法，通过获取目标对象的运动状态，分析出目标对象的运动规律，匹配出与之相应的水龙头的工作模式，生成该工作模式下的控制指令，发出控制信号驱动电机带动出水部件改变运动路径，和/或发出水量调节信号控制调节阀改变出水部件的开度，实现了依据目标对象的姿态变化切换水龙头工作模式的功能，以及水龙头调整位置和出水量的自动化控制。
在本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统和方法实施例仅仅是示意性的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但上述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
1.一种自动水龙头的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
监测并获取目标对象的运动状态；
对所述运动状态进行分析，以确定所述目标对象的运动规律，并根据所述运动规律输出相应的控制指令，所述控制指令包括与水龙头工作模式相关的控制信号；
根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径，包括：
根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向的运动。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当所述工作模式为往复冲洗模式时，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向的运动，包括：
根据往复冲洗模式的控制信号来驱动所述位置电机带动所述水龙头的出水部件在指定区域内做水平方向的往复运动。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，当所述工作模式为固定冲洗模式时，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向的运动，包括：
根据固定冲洗模式的控制信号来驱动所述位置电机保持所述水龙头的出水部件在水平方向上的位置。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当所述工作模式为关闭模式时，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动位置电机以带动所述水龙头的出水部件做水平方向的运动，包括：
根据关闭模式的控制信号来驱动所述位置电机停止带动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径，还包括：
根据所述与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动高度电机以带动所述水龙头的出水部件或进水部件做竖直方向上的运动。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制指令还包括水量调节信号，所述控制方法还包括：
根据所述水量调节信号来控制所述水龙头的出水部件的出水调节阀，以改变所述水龙头的出水部件的开度大小。
8.一种自动水龙头的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括
监测装置，用于监测目标对象并获取目标对象的运动状态；
控制装置，连接所述监测装置，用于对所述监测装置获取到的运动状态进行分析，得到所述目标对象的运动规律，并根据所述运动规律输出相应的控制指令，所述控制指令包括与水龙头工作模式相关的控制信号；
第一执行装置，连接所述控制装置，用于根据所述控制装置输出的与水龙头工作模式相关的控制信号来改变所述水龙头的出水部件的运动路径。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述第一执行装置包括：
位置电机，用于根据所述控制装置输出的与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述工作模式包括往复冲洗模式；所述位置电机设置成，根据所述控制装置输出的往复冲洗模式的控制信号来驱动所述水龙头的出水装置在指定区域内做水平方向上的往复运动。
11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述工作模式还包括固定冲洗模式，所述位置电机还设置成，根据所述控制装置输出的固定冲洗模式的控制信号来保持所述水龙头的出水部件在水平方向上的位置。
12.根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述工作模式还包括关闭模式，所述位置电机还设置成，根据所述控制装置输出的关闭模式的控制信号停止驱动所述水龙头的出水部件做水平方向上的运动。
13.根据权利要求9至12中任意一项所述的控制系统，其特征在于，所述第一执行装置还包括：
高度电机，用于根据所述控制装置输出的与水龙头工作模式相关的控制信号来驱动所述水龙头的出水部件或进水部件做竖直方向上的运动。
14.根据权利要求8至12中任意一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制指令还包括水量调节信号；所述控制装置还包括：
第二执行装置，连接所述控制装置，用于根据所述控制装置输出的水量调节信号来改变所述水龙头的出水部件的开度大小。
15.根据权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述第二执行装置为出水调节阀。
16.一种自动水龙头，其特征在于，包括进水部件和出水部件，以及权利要求8至15中任意一项所述的控制系统。
技术总结