諶濤，朱蔓，周加立，嚴明霞

（興義民族師范學(xué)院物理與工程技術(shù)學(xué)院，貴州興義，562400）

0 引言

現(xiàn)在市場上的水龍頭的種類主要有以下幾種。是扳手式、螺旋式、感應(yīng)式、抬起式。在很多情況下，新型的感應(yīng)式水龍頭也已經(jīng)出現(xiàn)在我們生活中的各個方面。特別是在公共廁所里非常普遍了。感應(yīng)式水龍頭的出現(xiàn)，可有效防止接觸感染狀況發(fā)生。有時候用杯子打水的時候，水出不來?；蛘撸虻乃皇悄胍牧?，有溢出來的時候，也有不滿的時候，很難有效地滿足人們的日常生活。為了解決這種情況，我們采用了基于圖像識別的智能水龍頭節(jié)水方法來避免此類問題的發(fā)生。同時，采用語音芯片，紅外線傳感器和光纖燈，系統(tǒng)具備語音播報功能和發(fā)電功能。此外，在水龍頭使用期間，還可以播放公共廣告，提高人們的節(jié)水意識，實用性很強。

1 智能水龍頭的工作原理

系統(tǒng)統(tǒng)主要由接收信號處理裝置、終端控制系統(tǒng)、電磁閥、水輪機發(fā)電裝置、儲能裝置、語音識別裝置（LD3320語音識別芯片）這幾個部分組成。如圖1所示。信號接受裝置主要以紅外線傳感器和識別裝置組成，通過應(yīng)用圖像處理技術(shù)可以更精準、高效率、多種類的識別物體，以能滿足日常生活所需和節(jié)水效能。

圖1 系統(tǒng)工作圖

2 電路設(shè)計

2.1 接收信號裝置

在此設(shè)計中，人工智能水龍頭光傳感器使用52單片機進行控制，紅外線水龍頭控制電路由變壓器、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、電磁閥控制電路以及靈敏度調(diào)整電路這五部分構(gòu)成，如圖 2所示。電路所需的12v電壓由F50-12v微型水力發(fā)電機提供，然后輸出給到電磁水閥，紅外發(fā)射、接收管和電磁水閥控制電路。繼電器的5v電壓由單片機提供。該電路通過紅外發(fā)射接收管采集外部信號，當信號發(fā)生變化時，首先將檢測到的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕淖兓?，然后通過光電元件把光信號轉(zhuǎn)變成為電信號。再將電信號傳入到電磁閥控制的電路中，電磁閥控制電路根據(jù)輸入信號的變化（信號值0/1的改變），控制電磁閥閥門的開與閉。

圖2 人工智能水龍頭光傳感器系統(tǒng)工作圖

2.2 圖像處理技術(shù)在人工智能水龍頭中的應(yīng)用

計算機成像技術(shù)可以解決檢測閥的當前狀態(tài)和物體的成像。這項技術(shù)的應(yīng)用對于真實圖像的捕獲、分析和存儲更為重要。這個過程主要包括將3D信息提取成2D信息。然后將排版和分類提取的信息數(shù)據(jù)下載到3D模型中。因此，與2D設(shè)計相對應(yīng)的3D模型是在3D空間中構(gòu)建的。在當水龍頭感應(yīng)系統(tǒng)在第二次感應(yīng)到這種圖形，或則類似圖像時，可進行與第一次的圖像進行對比，如果相似，中央控制系統(tǒng)就會發(fā)出一條指令，讓電磁閥通電，打開水龍頭開關(guān)，流出讓我們所需的水流。除了讓感應(yīng)計算機自行采取物品外觀圖像外觀參數(shù)，我們也可以通過目前較為實用的一些軟件，如，CAD和CAM兩款軟件制作出我們所需的3D模型，存儲在電腦中，這樣可以大大減輕我們的工作量。

2.3 人工智能水龍頭的工作流程分析

如圖 3是人工智能水龍頭結(jié)合圖像處理技術(shù)的工作流程。在整個作業(yè)過程中，其中AI推理終端裝置和數(shù)據(jù)采集設(shè)備是最為關(guān)鍵的。安裝在本地的AI推理終端，在本地實時處理數(shù)據(jù)時采用邊緣計算方式，定期更新數(shù)據(jù)，以確保隱私性和安全性。在節(jié)水方法中，控制電磁閥信號分為持續(xù)打開和立即關(guān)閉兩種信號，且兩種信號的優(yōu)先級相同，AI推理終端在同一時刻內(nèi)僅會發(fā)送一種信號。AI推理終端工作模式分為靜息和識別兩種模式。AI推理終端工作的模式默認是靜息模式，發(fā)送停水信號，實時計算圖像屬性值。AI推理終端通過連續(xù)兩幀圖像屬性值判斷啟動或退出識別模式，不讓水資源流失，能夠更好的節(jié)約水資源；在物體識別模式下AI推理終端會追加實時識別功能與分類存儲功能，對于計算機中沒有的物體圖像屬性值，會根據(jù)物體進行圖像識別分析并存儲。對于識別的物體種類不同而發(fā)送不同控水信號，識別物體不同的位置判斷是否切換控水信號。

圖3 人工智能水龍頭結(jié)合圖像處理技術(shù)的作業(yè)流程

2.4 微型水輪機發(fā)電裝置

如圖4（a）所示為F50-12V型的水輪機，該類型水輪機可以滿足電路中的負載需求，該電路就采用此類水輪機，為電路中的負載提供電源，12V直流穩(wěn)態(tài)壓力輸出給儲能電池如圖4（b）所示的12v鋰離子鋰電池，然后再將電源輸送給負載。儲能的部分是為了水輪機能夠輸出一個穩(wěn)定的直流電壓，然后，水輪機的輸出端經(jīng)過LM2596穩(wěn)壓模塊和高壓直流負載保護模塊LM 7805，保證電池充電電壓的情況是在穩(wěn)定的范圍內(nèi),以避免因過載造成電路損壞的情況,并確保安全。本文中所用儲能裝置采取12v鋰離子鋰電池，儲存在電池中的能量可用于語音識別裝置（LD3320語音識別芯片）、紅外線控制裝置等負載。由于水龍頭使用時間較短，通過水輪機的流量有限，故儲能裝置的能量能夠滿足電路中的負載使用，沒有必要去使用更大的儲能裝置。

圖4 微型水輪機發(fā)電裝置

2.5 語音識別裝置

本文設(shè)計的智能水龍頭采用LD3320語音識別芯片，它的優(yōu)點是完全不需要外接外部存儲器，如FLASH 和 RAM 等，只需要使用 LD3320 芯片就可以進行高質(zhì)量的語音識別工作。高度集成的LD3320語音識別芯片使語音處理非常方便，只需要確定寄存器的地址，編寫程序，然后測試，最后完成用單片機對水龍頭的控制，如圖5所示為LD3320語音識別模塊電路圖。利用語音識別裝置，我們除了采集信號控制電磁閥外（通過說話控制來控制水龍頭的開關(guān)，就像我們的智能手機，通過一些的語音指令，可以喚醒我們的手機，同時人工智能水龍頭又可以回復(fù)你的語音指令，并執(zhí)行操作），我們還可以在里面輸入一些節(jié)約水源的標語，讓人們提高節(jié)水意識，讓人放松的音樂或者一些充滿正能量的話語。

圖5 LD3320語音識別模塊圖

3 結(jié)束語

人工智能的迅速發(fā)展，必然也離不開大數(shù)據(jù)為我們帶來的便利。人工智能水龍頭結(jié)合圖像處理技術(shù)將會使人工智能水龍頭更上一層樓，各方面的不斷完善，諸如聲音控制（自動控制開關(guān)水源，語音播報，人機對話等），根據(jù)人臉識別，自動調(diào)整出舒適的水流溫度，照明裝置（能夠照明且能夠有殺菌作用）、節(jié)水效能更優(yōu)等一系列的改善，將會極大地滿足我們?nèi)粘Ｉ钪袑θ斯ぶ悄芩堫^的需求，同時使我們的生活也越來越智能化，便利化。