智能卫浴产品多模态交互控制系统的制作方法

本发明涉及智能家居控制，具体而言，涉及一种智能卫浴产品多模态交互控制系统，尤其涉及一种融合语音交互、移动终端app交互和多传感器感应交互的智能卫浴综合控制方案。

背景技术：

1、随着物联网技术和人工智能技术的快速发展，智能家居产品已经逐步普及到千家万户。智能卫浴作为智能家居的重要组成部分，近年来也取得了长足的发展。目前市场上的智能卫浴产品主要包括智能马桶、智能淋浴系统、智能浴室镜、智能浴室柜等。这些产品在一定程度上提升了用户的使用体验，但仍存在以下不足：

2、第一，交互方式单一。现有的智能卫浴产品大多仅依赖物理按键或简单的遥控器进行操作，部分高端产品虽然配备了基础语音功能，但识别准确率低、支持指令有限，无法满足用户多样化的交互需求。对于老年人和行动不便的人群而言，单一的物理按键交互方式尤为不便。

3、第二，缺乏智能化自动感应能力。大多数智能卫浴产品需要用户主动操作才能启动相应功能，缺乏基于用户行为和环境状态的自动感知与响应能力。例如，用户走近时不能自动准备就绪、离开后不能自动节能或消毒，导致能源浪费和使用便利性不足。

4、第三，与其他智能家居设备的联动能力弱。目前的智能卫浴产品多为独立运行的"信息孤岛"，无法与家中的智能照明、智能窗帘、智能音响等其他智能家居设备进行有效联动，难以形成一体化的智慧生活体验。

5、第四，多模态输入并发时缺乏有效的冲突仲裁机制。当语音指令、app指令和感应触发同时发生时，现有系统容易出现控制混乱或响应延迟，无法确保用户意图被准确执行。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够实现融合多种交互方式、具备智能感应能力、并能与智能家居系统深度联动的智能卫浴产品多模态交互控制系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种智能卫浴产品多模态交互控制系统，该系统包括以下六个核心模块：

3、（一）智能卫浴主控模块

4、智能卫浴主控模块作为整个系统的核心大脑，采用高性能嵌入式处理器（如armcortex-a系列），运行实时操作系统，负责协调管理各功能模块的运行。主要功能包括：多源数据融合处理、多模态输入信号的冲突仲裁与决策融合、控制指令的下发与执行调度、系统状态管理与故障诊断。主控模块内置轻量级机器学习推理引擎（基于tensorflow litemicro框架，模型采用决策树与轻量级神经网络混合架构），可基于历史使用数据进行用户行为预测和个性化推荐。例如，系统可根据用户连续多日的高频使用时段主动建议节能模式切换时间，或在检测到使用习惯变化时推送健康提示。

5、主控模块配备多通道通信接口，包括但不限于uart、i2c、spi、gpio、usb及以太网接口，以支持与各子模块之间的高速数据交换。主控模块采用双备份固件设计，支持ota升级失败时自动回滚，确保系统可靠性。

6、（二）语音交互模块

7、语音交互模块采用端云结合的双架构设计。端侧部署轻量级语音唤醒与指令识别引擎（基于cnn+gru架构的神经网络模型，模型大小不超过3mb），支持离线模式下识别预设的唤醒词（如"你好小智"，用户可通过app自定义修改）和常用控制指令集。控制指令集涵盖设备开关控制类（"打开冲水""关闭座圈加热""开启烘干"）、参数调节类（"调高水温""增大冲洗力度""降低座圈温度"）和场景切换类（"启动节能模式""切换到清洁模式"）三大类别，共计不少于200条预定义指令模板。

8、在线模式下，语音交互模块通过wifi或蓝牙连接云端语音服务平台，利用大模型自然语言理解能力处理复杂语义和开放式对话。例如，用户说出"我觉得座圈有点凉"，云端引擎可解析为"将座圈温度调高2-3℃"的控制意图并返回执行。端侧与云端采用协同识别策略：音频数据首先在端侧进行vad（语音活动检测）和唤醒词检测，仅在唤醒后才进行指令识别；端侧置信度高于预设阈值（如0.85）时直接本地响应，低于阈值时自动切换至云端处理，以平衡响应速度与识别精度。

9、硬件方面，语音交互模块配备由4个mems麦克风组成的环形麦克风阵列，支持5米远场拾音、360度声源定位、回声消除和波束形成。麦克风阵列采用差分信号采集，配合dsp芯片实时执行多通道噪声抑制算法，在70db环境噪声下仍能保持90%以上的唤醒率。系统还配备扬声器单元（额定功率3w，频率响应范围200hz-20khz），用于语音反馈播报和音乐播放。

10、（三）移动终端app交互模块

11、移动终端app交互模块支持ios和android双平台，用户可通过智能手机或平板电脑安装专用app实现对智能卫浴产品的全面控制。

12、app功能架构包括以下子模块：

13、（1）设备发现与配网子模块：支持二维码扫描配网、蓝牙辅助配网和路由器热点配网三种方式，引导用户在三步内完成设备添加。

14、（2）实时状态监控子模块：以仪表盘和卡片形式实时显示智能卫浴产品的运行状态，包括当前水温（精度±0.5℃）、水位、座圈温度（精度±0.5℃）、瞬时功率与累计能耗、uv消毒状态、滤芯使用寿命等数据。状态更新频率不低于1次/秒，异常状态采用红色高亮闪烁提示。

15、（3）模式切换子模块：提供清洁模式、舒适模式、节能模式和自定义模式四种预设使用模式的一键快速切换。各模式具有独立的参数预设组合：清洁模式（水温42℃、冲洗强度5档、烘干温度3档）；舒适模式（水温38℃、冲洗强度3档、烘干温度2档、座圈温度37℃）；节能模式（水温32℃、座圈温度关闭、待机功耗<0.5w）；自定义模式完全由用户配置。

16、（4）个性化参数设置子模块：允许用户对水温范围（32-42℃连续可调，步进1℃）、冲洗强度（5档线性可调）、烘干温度（3档可调）、led灯光亮度（0-100%无级调光）和色温（2700k-6500k可调）进行精细化调节，并支持多用户画像管理（最多支持10个独立用户档案），每个档案包含完整的偏好参数组合和使用历史。

17、（5）健康数据分析子模块：记录每位家庭成员的使用频率、单次使用时长、时段分布等数据，以日/周/月为周期生成可视化健康报告。该子模块还具备异常检测能力，当检测到使用频率或时长出现显著偏离（超过个人历史均值±2σ）时，通过app推送温和提醒。

18、app与主控模块之间采用mqtt over tls 1.3协议进行加密通信，设备身份认证采用一机一密机制，确保数据传输安全。

19、（四）多传感器感应交互模块

20、多传感器感应交互模块集成四类传感器实现全方位环境与用户感知：

21、（1）红外人体感应单元：采用高灵敏度pir热释电红外传感器（型号如re-200b），检测角度120°，检测距离可达8米，响应时间小于0.5秒，用于判断用户是否进入卫生间区域。该单元配合菲涅尔透镜阵列，有效减少因宠物或小动物经过导致的误触发。

22、（2）毫米波雷达测距单元：采用77ghz毫米波雷达芯片（如ti awr1642），精度可达厘米级（±2cm），能够精确测量用户与设备的距离（0.1-5米范围）、接近速度和运动方向（分辨接近/远离），实现三级距离感知：远区（2-5米）执行预激活操作、中区（0.5-2米）进入全速监测模式、近区（<0.5米）执行预备动作。该单元不受光照、水雾和温度变化影响，全天候稳定工作。

23、（3）压力传感单元：在座圈区域布置薄膜式压力传感器阵列（8个传感器均匀分布），分辨率达100g级，采样频率20hz。系统通过多触点压力分布判断用户的就坐状态（未就坐/部分就坐/完全就坐）、坐姿分析（正坐/偏左/偏右/前倾/后仰）和离座检测（压力值归零后延时2秒触发）。压力数据还可用于体重估算（误差±0.5kg以内）和长期健康趋势监测。

24、（4）环境感知单元：集成sht30温湿度传感器（精度：温度±0.2℃，湿度±2%rh）和sgp30空气质量传感器（检测范围：tvoc 0-1000ppb，co2等效浓度400-60000ppm），实时监测卫生间内的温度、湿度、tvoc和co2等效浓度。传感器数据采集频率为每10秒一次，并带有数据滤波和异常值剔除算法。

25、（五）智能家居联动模块

26、智能家居联动模块通过支持多种主流智能家居通信协议（包括wi-fi 802.11b/g/n、zigbee 3.0、bluetooth mesh 5.0、matter协议等），实现智能卫浴产品与家中其他智能设备的互联互通。

27、该模块包含场景引擎子模块，预设三类联动场景模板：

28、（1）入厕联动场景：红外人体感应检测到用户进入 → 通过zigbee向智能窗帘控制器发送关闭指令 → 通过蓝牙mesh向智能照明系统发送调暗至夜灯模式（亮度15%）的指令 → 通过wifi向智能音响发送暂停播放指令 → 主控模块启动座圈预热程序。

29、（2）洗浴联动场景：用户启动洗浴模式 → 向智能浴室镜发送除雾加热启动指令→ 向智能排气扇发送开启指令（低速档） → 向智能照明发送氛围灯光调节指令（色温切换至暖光3000k，亮度调节至60%） → 向智能音响发送播放预设舒缓音乐指令。

30、（3）离开恢复场景：毫米波雷达确认用户离开且压力传感确认无人就坐 → 向智能照明发送恢复正常亮度指令 → 主控模块启动uv/臭氧消毒程序（持续时间5分钟） →使用数据同步至云端 → 系统进入超低功耗待机模式（功耗<0.3w）。

31、用户可通过app中的if-then可视化规则编辑器自定义联动规则。规则编辑器采用图形化编程方式，用户选择触发条件（设备状态变化、传感器数值超过阈值、时间计划等）和执行动作（设备开关、参数调节、场景切换等），无需编程知识即可创建个性化联动场景。系统支持联动规则的优先级设置和条件组合逻辑（and/or）。

32、（六）云端服务模块

33、云端服务模块采用微服务架构（容器化部署于kubernetes集群），提供设备远程管理、数据存储分析、ota固件升级和ai模型迭代等服务。云平台支持千万级设备并发接入，单机可承载5万以上设备的长连接。

34、云端功能包括：

35、（1）设备注册与鉴权管理：设备首次激活时向云端申请唯一设备id和密钥，后续通信采用动态token鉴权。

36、（2）数据存储与分析：用户使用数据（脱敏后）存储于时序数据库中，保留周期为180天，支持多维度的数据聚合分析和趋势挖掘。

37、（3）ota固件升级管理：支持分批灰度升级策略，升级包采用差分增量方式传输（升级包大小不超过原固件大小的30%），并支持断点续传和升级结果回滚确认。

38、（4）ai模型迭代：云端定期基于汇聚的海量用户数据对语音识别模型和用户行为预测模型进行再训练，优化后的模型经a/b测试验证后推送至端侧更新。

39、云端还提供restful开放api接口，支持与第三方iot平台（如小米iot平台、华为hilink、阿里云iot、apple homekit等）的标准对接和生态扩展。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：本发明将语音交互、触控交互（app）和体感交互（多传感器感应）三种模态有机融合，用户可根据不同场景自由选择最便捷的交互方式：双手不便时使用语音控制；环境嘈杂时使用app操作；无需主动操作时系统通过感应自动完成准备工作。三种交互模态之间形成互补，实现"任何时候总有最合适的交互方式"。多层次、多维度的交互体系极大降低了使用门槛，特别适合老年人和特殊人群使用；通过毫米波雷达、压力传感阵列等多维度传感器的协同工作，系统能够精准感知用户的位置、姿态和行为意图。三级距离感知机制实现了从"预激活"到"待命"再到"就绪"的渐进式响应，用户在无感知的情况下即可享受设备自动准备就绪的便利。多传感器融合方案相比传统单一红外感应方案，误触发率降低90%以上，响应准确率提升至98%以上。机器学习的用户行为预测功能使系统能够主动适应用户习惯，使用时间越长智能化程度越高；通过支持wi-fi、zigbee、bluetooth mesh、matter等多种主流通信协议，智能卫浴产品从独立设备升级为全屋智能生态中的重要节点。联动场景覆盖用户使用卫浴空间的完整生命周期——进入、使用、离开——并由用户灵活自定义扩展。跨设备协同优化不仅提升了便利性和舒适性，还通过场景化控制实现节能减排（如离座自动关灯、无人自动待机等）；多模态融合决策机制确保安全保护指令具有最高优先级，有效避免因多模态并发输入导致控制混乱。冲突仲裁策略采用"优先级分层+时间窗口仲裁+状态回溯补偿"三重保障，确保用户意图在任何情况下均被准确执行。网络通信均采用tls 1.3加密，语音数据支持端侧处理（端侧识别率可达85%以上），仅复杂语义场景才加密上传，充分保障用户隐私。双备份固件和ota灰度升级进一步保障了系统的长期可靠运行。